Készült a HEFOP-3.3.1-P.-2004-06-0018/1.0 projekt keretében

1. Törzsanyag Készült a HEFOP-3.3.1-P.-2004-06-0018/1.0 projekt keretében XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Az információtechnika fizikája Az Európai Szociális Alap támogatásával

2. Áramvezetés félvezetőkben A vezetés mechanizmusa Az áram egy homogén félvezetőben (akár szerkezeti, akár n- vagy p-típusú legyen is) úgy jön létre, hogy az elektronok, illetőleg lyukak rendezetlen hőmozgására szuperponálódik egy a térrel egyirányú (lyukak esetén), ill. egy a térrel ellentétes (elektronok esetén) átlagos vándorlási sebesség (drift velocity). Az áramsűrűség arányos ezzel a sebességgel, a sűrűséggel, valamint az elektron töltésével: A vezetőképesség: A hányadost, tehát az egységnyi térerő hatására fellépő sebességet, mozgékonyságnak nevezzük: HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

3. Elektronok ‘driftje’: Lyukak ‘driftje’: Félvezető vezetőképessége: Szerkezeti (Intrinsic) n-tipusú p-tipusú Mitől változik meg az elektronok és a lyukak száma HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

4. Töltésáramlás félvezetőkben Drift áram: Diffúzió: A térfogategységbe be- és az abból kiáramló részecskeszám általában különböző; az ebből adódó, az időegységre vonatkoztatott részecskeszám változás: Ha a lyukak p vagy az elektronok n száma egy adott helyen eltér a p0 , n0 egyensúlyi értéktől, akkor a részecskék egyensúlyi állapotba relaxálnak: Az elektronok és lyukak száma azért is változhat, mert valamilyen külső hatás (pl. fény) térfogat-egységenként és időegységenként gn elektront illetve gP lyukat hoz létre: HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

5. Transzportegyenletek A drift-áramerősség kifejezésében szerepel a térerősség, amely viszont a lyuk- és elektronelosztástól függ az alábbi módon: Einstein reláció: HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

6. Az energianívók eltolódása --- A p-n átmenet egyensúlya Ha még nincs külső erőtér, akkor a Fermi-szintek kiegyenlitődnek és KONTAKT potenciál alakul ki Egyensúly úgy alakul ki, hogy a tér hatására létrejövő áramlás és a diffúziós áramlás kompenzálja egymást, tehát eredőül nullát ad. Bipoláris felvezető eszközök A p – n réteg HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

7. Integrálva az átmeneti rész bal szélétől a jobb széléig, ahol U – nak és p – nek konstans értéke van : Hasonló összefüggést nyerhetünk az elektroneloszlásra is. Az áramlás – az átmeneti résztől eltekintve – nem változtatja meg a A töltésviszonyokat a két kristály belsejében, azaz HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

8. Mivel az intrinsic Fermi szint mindkét esetben a tiltott sév közepére esik, igy azok a ststikus potenciállal tolódnak el, tehát Tehát a Fermi szintek kiegyenlitődnek (egyazon szintre kerülnek) HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

9. Azonnal felborul a termikus egyensúly, ha a p-n rétegdiódára feszültséget kapcsolunk. „Záróirányú” feszültség „Nyitóirányú” feszültség HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

10. HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

11. I [A] U[V] [mA] A p – n rétegdióda árama Áramköri model: Nemlineáris ellenállás HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

12. A p – n rétegdióda kapacitása HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10

13. Áramköri model: Nemlineáris kapacitás Nemlineáris ellenállás HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10