1 / 26

Wykład 6

Wykład 6. Złącza półprzewodnikowe. Złącze półprzewodnikowe. W stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru !.

paki-estes
Download Presentation

Wykład 6

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Wykład 6 Złącza półprzewodnikowe

  2. Złącze półprzewodnikowe W stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru!

  3. 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!

  4. n p I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + A V A A Dioda półprzewodnikowa Charakterystyka I-V - nieliniowa Polaryzacja w kier. przewodzenia Polaryzacja zaporowa

  5. 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)

  6. 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:

  7. charakterystyka IV: I Złącze p-n

  8. 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

  9. 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]

  10. Charakterystyka C-V Vbi Po przyłożeniu napięcia zewnętrznego: zaporowy przewodzenie Zł. jednostronne:

  11. I t Prostownik Jest to układ, który zamienia prąd przemienny na prąd stały b) dwupołówkowy a) jednopołówkowy

  12. 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)

  13. elektrony - - - p uzyskują energię aby kreować pary elektron-dziura przez zderzenie nieelastyczne n + Dioda lawinowa • Powielanie lawinowe (Vprzebicia>6Eg/e)

  14. 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.

  15. 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)

  16. 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

  17. 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.

  18. 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

  19. 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

  20. Widmo promieniowania i energie wzbronione Bandgap - przerwa wzbroniona, lattice constant – stała sieciowa

  21. Absorpcja światła w półprzewodnikach

  22. Dioda LED

  23. Ge Si GaAs Dioda LED

  24. 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.

  25. Laser półprzewodnikowy

More Related