260 likes | 407 Views
Wykład 6. Złącza półprzewodnikowe. Złącze półprzewodnikowe. W stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru !.
E N D
Wykład 6 Złącza półprzewodnikowe
Złącze półprzewodnikowe W stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru!
Dla energiiE, szybkość przejścia elektronówze stanu 1do stanu2jest ~ do liczby stanów zajętych o energiiEw materiale 1 razy liczba stanów pustych o energiiEw materiale 2 : • - Szybkość przejścia z 1 do 2 : • Szybkość przejścia z2do 1: • w stanie równowagi : • a stąd: • więc : • - zatem : A więc w stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru!
n p I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + A V A A Dioda półprzewodnikowa Charakterystyka I-V - nieliniowa Polaryzacja w kier. przewodzenia Polaryzacja zaporowa
Złącze pn P N Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory N P - dziury + elektrony Tylko naładowane donory/akceptory (obszar zubożony)
Bez polaryzacji charakterystyka IV: I dziury - + elektrony N P kier. przewodzenia prąd - + dziury - + elektrony - kier. zaporowy b. mały prąd + dziury - + elektrony Złącze pn U b. mały prąd b. duży prąd symbol:
charakterystyka IV: I Złącze p-n
Ind Inu E C E C E V Ipd E V Ipu p - typ n - typ E E C C elektrony E E C C EF E E V V dziury qVbi Holes E E V V p - typ n - typ p - type n - type Złącze p-n
Charakterystyka I-V Prąd dziurowy: • Dyfuzyjny Ipd = C1Npexp (-eVbi/(kT)) • Unoszenia Ipu = CNpn = Ipd = C1Npexp (-eVbi/(kT)) • Po spolaryz. w kier. przewodzenia IpF = C1 Np exp (-e(Vbi- V) /(kT)) • Ip = IpF - Ipu = C1Np exp (-e(Vbi- V) /(kT)) – C1Np exp (-eVbi/(kT)) = C1Npexp [-eVbi/(kT)][exp(eV/(kT)-1] =Ipd [exp(eV/(kT))-1] Prąd elektronowy: In = Ind [exp(eV/(kT))-1 gdzie Ind = C2Nn exp (-eVbi/(kT)) I = Io [exp(eV/(kT))-1] prąd nasycenia Io = Ind + Ipd = (C1 Np + C2Nn) exp (-eVbi/(kT)) Rzeczywista dioda: I = Io [exp(eV/(nkT))-1]
Charakterystyka C-V Vbi Po przyłożeniu napięcia zewnętrznego: zaporowy przewodzenie Zł. jednostronne:
I t Prostownik Jest to układ, który zamienia prąd przemienny na prąd stały b) dwupołówkowy a) jednopołówkowy
Dioda Zenera Wykład VI (a) Silnie domieszkowane złącze w stanie równowagi; (b) złącze spolaryzowane w kierunku zaporowym : tunelowanie elektronów z p do n; (c) charakterystykaI–V. Efekt tunelowy (dominuje w złaczach p-n:Si, Ge gdy Vprzebicia<4Eg/e)
elektrony - - - p uzyskują energię aby kreować pary elektron-dziura przez zderzenie nieelastyczne n + Dioda lawinowa • Powielanie lawinowe (Vprzebicia>6Eg/e)
Fotodioda • Fotodioda, półprzewodnikowy element bierny, złącze P-N, z warstwą zaporową. Działanie jest oparte o efekt fotowoltaiczny. Zastosowania: • przy braku polaryzacji - bateria słoneczna • przy polaryzacji zaporowej - nieliniowy rezystor, w którym opór zależy od strumienia światła.
E C E C EF E V 0 E V hf - ID (A) VD (V) Fotodioda światło jest absorbowane dla ; tworzą się pary elektron-dziura, które są separowane przez pole w złączu i transportowaneprzez złącze • złącze jest zwarte(Uzewn = 0) Isc Isc = q Nph(Eg)
Voc EC EC qVOC EV qVbi EV ID (A) VD (V) Fotodioda • złącze jest rozwarte Id = Io [exp(eVoc /kT)-1] Ten prąd równoważy w rozwartym oświetlonym złączu p-n maksymalny prąd fotogeneracji, czyli Isc Isc – Id = 0 Podstawiając za Id wartość Isc
Bateria słoneczna • Urządzenie, które zamienia energię słoneczną w energie elektryczną. • P = I x U=I2 x R= U2/R • Jest podobne do baterii, bo dostarcza mocy prądu stałego. • Różni się od baterii, bo napięcie które wytwarza zależy od oporności obciążenia.
Historia • 1839 Becquerel zaobserwował pojawianie się napięcia między 2 elektrodami zanurzonymi w elektrolicie, zależnego od oświetlenia. • 1876 ten sam efekt zaobserwowano dla selenu • 1941 pierwsza bateria na krzemie • 1954 początek współczesnych badań ogniw słonecznych
Promieniowanie słoneczne • Atmosfera może pochłaniać więcej niż 50% światła słonecznego • AM - ilość masy powietrza, przez którą przechodzi światło • AMO - stała słoneczna 1.37 KW/m2
Widmo promieniowania i energie wzbronione Bandgap - przerwa wzbroniona, lattice constant – stała sieciowa
Ge Si GaAs Dioda LED
Dioda LED – diagram pasmowy Diagram pasmowy diody LED bez polaryzacji i po spolaryzowaniu w kierunku przewodzenia. Napięcie polaryzujące diodę zmniejsza barierę potencjału Vo i nośniki większościowe dyfundują do odpowiednich obszarów złącza, rekombinując w obszarze złącza.