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7. Vorlesung

7. Vorlesung. Inhalt: Rückblick 6. Vorlesung Kapitel 4.2 und 4.3 Übungsaufgaben (die Restlichen) . Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de. Die pn-Diode. Bauelement mit gleichrichtender Wirkung – Stromfluss ist signifikant von der Polung abhängig.

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Presentation Transcript

  1. 7. Vorlesung • Inhalt: • Rückblick 6. Vorlesung • Kapitel 4.2 und 4.3 • Übungsaufgaben (die Restlichen) Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de

  2. Die pn-Diode Bauelement mit gleichrichtender Wirkung – Stromfluss ist signifikant von der Polung abhängig

  3. Weiter 4.1 Driftstrom und Diffusionsstrom kompensieren sich exakt! Driftstrom Diffusionsstrom = Diffusionsstrom = Driftstrom

  4. Weiter 4.1 Neutralitätsbedingung: W – gesamte Raumladungszonenweite

  5. Weiter 4.1 Elektisches Feld Potenzial Potenzielle Energie für Elektronen und Löcher

  6. Weiter 4.1 Durch das Lösen der 1D-Poison-Gleichung kann das E-Feld berechnet werden:

  7. Weiter 4.1 Potenzial: Name: „eingebaute Spannung“, „Diffusionsspannung“

  8. Weiter 4.1 Zusammenhang zwischen V0 und Dotierung: Verknüpfung Ladungsträger – Fermi-Niveau (Boltzmann-Näherung) Verhältnis der Ladungsträger an zwei verschieden Orten Ort 1 Ort 2 (Bild ist nicht im Skript – Kasap)

  9. Weiter 4.1 Ist der Halbleiter nicht entartet dotiert, so ist die Diffusionsspannung immer kleiner Eg/q.

  10. Weiter 4.1 Darstellung der RLZ-Weite von der Dotierung:

  11. 7. Vorlesung Inhalt: • 4.2 Die pn-Diode in Flusspolung • 4.3 Die pn-Diode in Sperrrichtung • Übungsaufgaben Tipp: (gutes Buch) Pierret Volume I „Semiconductor Fundamentals“ S. 1-110 Pierret Volume II „The pn-junction diode“ S. 1 - 90

  12. 4.2 Die Diode in Flusspolung pn-Übergang Flusspolung? Was passiert dann?

  13. Weiter 4.2 pn-Übergang Flusspolung? - + n n p Was passiert dann?

  14. Weiter 4.2 pn-Übergang Flusspolung? - + n n p Was passiert dann? • Die äußere Spannung fällt nur über der RLZ ab (V0-V) • Die RLZ wird kleiner • Elektrisches Feld wird kleiner, Diffusionsstrom wird nicht • mehr vollständig kompensiert • Majoritätsträger werden ins gegenüberliegende Gebiet • injiziert

  15. Weiter 4.2 Injektion von Majoritäts- träger auf die gegenüber liegende Seite Veränderung des Potenzials durch die äußere Spannung In Flusspolung

  16. Weiter 4.2 pn-Übergang in Flusspolung (Bild ist aus Pierret entnommen)

  17. Weiter 4.2 Erhöhung der Minoritäten am Rand der RLZ in Boltzmann- Näherung: „Gesetz des Übergangs“

  18. Weiter 4.2 • Konsequenzen der Erhöhung der Minoritätsträger an den • Raumladungszonen Grenzen: • Minoritäten diffundieren zu den Kontakten • Auf dem Weg zu den Kontakten findet Rekombination mit den • jeweiligen Majoritätsträgern statt • Majoritätsträger, die durch Rekombination verschwunden sind, • werden durch die äußere Spannungsquelle an den Kontakten • ersetzt • Es findest ein Stromfluss statt, der durch injizierte Minoritäts- träger hervorgerufen wird.

  19. Weiter 4.2 Herleitung des Diffusionsstroms am Beispiel der Löcher: • Sind die Kontakte weiter als eine Diffusionslänge von der • RLZ entfernt, so nehmen die injizierten Minoritäten • Exponentiell auf den Gleichgewichtswert ab • Aus diesem Verlauf der Minoritätsträgerkonzentration kann • der Strom berechnet werden.

  20. Weiter 4.2 Am Rand der RLZ im n-Gebiet fließt also folgender Strom: Umschreibung mit Hilfe des Massenwirkungsgesetz

  21. Weiter 4.2 Überlegungen zum Gesamtstrom in der pn-Diode

  22. Weiter 4.2 Führt man die gleichen Überlegungen für die Elektronen durch, erhält man folgende Gleichung: Ideale Dioden-Gl. Schockley-Gl. Einige Konsequenzen: Diodenstrom wird mit größerer Bandlücke kleiner

  23. Weiter 4.2 Diodenströme in Abhängigkeit verschiedener HL

  24. Weiter 4.2 Kurze Diode: Der Abstand der RLZ zu den Kontakten ist viel kleiner als die Diffusionslänge.

  25. Weiter 4.2 In einer kurzen Diode findet keine Rekombination bis zwischen RLZ und Kontakt statt. l – Abstand zu den Kontakten

  26. Weiter 4.2 Abweichung von der idealen Diode: Rekombination in der RLZ

  27. Weiter 4.2 Gesamtstrom: idealer Diodenstrom + Rekombinationsstrom Empirische Formel: J0 und h sind dabei anzupassende Parameter. h liegt immer zwischen 1 und 2; „Idealitätsfaktor“.

  28. Weiter 4.2 Beispiele für verschiede Idealitätsfaktoren

  29. 4.3 Die pn-Diode in Sperrrichtung Was bedeutet Sperrpolung? - + n n p • Konsequenz: • Die RLZ wird jetzt noch vergrößert. • Die Spannung fällt wieder hauptsächlich über der RLZ ab. • Majoritätsträger entfernen sich von der RLZ • Es fließt nur ein kleiner Strom, der durch die Diffusion der Minoritäten in die RLZ getragen wird.

  30. Weiter 4.3 Banddiagramm in Sperrrichtung Kennlinie Entnommen aus Pierret

  31. Weiter 4.3 Sperrstrom:

  32. Übungsaufgaben

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