6. Vorlesung Inhalt: Rückblick 5. Vorlesung Kapitel pn-Diode anfangen

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1 6. Vorlesung Inhalt: Rückblick 5. Vorlesung Kapitel pn-Diode anfangen
Übungsaufgaben (wenn noch Zeit ist) Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: ,

2 3.7 Generation und Rekombination
Generation – Erzeugung eines Elektrons und eines Lochs – Generationsrate G [cm-3s-1] Rekombination – Inverser Prozess zur Generation – Rekombinationsrate [cm-3s-1]

3 Generation und Rekombination
Band zu Band Band zu Band (direkte HL) (direkte HL) Über Störstellen Traps Über Störstellen Traps (wichtig bei Si, Ge) Traps in Bandmitte sind Besonders effektiv! (wichtig bei Si, Ge) Traps in Bandmitte sind Besonders effektiv! Auger Stoßionisation (bei hohen Ladungsträger Dichten) Abb. 3.12

4 SRH-Rekombinationsmodell
Abb. 3.14 Beispiel n-HL

5 SRH-Rekombination Abnahme kann beschrieben werden durch: (Bsp. p-HL)
tp - Löcherlebensdauer p – Gsamtlöcheranzahl Dp - Überschusslöcher

6 Die Kontinuitätsgleichung
Vereinigung von Von Transport-, Rekombinations- und Generationsmechanismen in einer Gleichung. 3D 1D

7 3.11 Minoritätsträger-Diffusionsgleichung
p-HL: n-HL:

8 3.12 Lösen der Minortätsträger- Diffusionsgleichung für einige Spezialfälle
Welche Spezialfälle gibt es?

9 6. Vorlesung Inhalt: Die pn-Diode (4)
Der ideale pn-Übergangn im (thermischen) Gleichgewicht (4.1) Übungsaufgaben

10 Die pn-Diode Was ist eine Diode?
Bauelement mit gleichrichtender Wirkung – Stromfluss ist Signifikant von der Polung abhänging Welche Systeme bilden eine Diode? pn-Übergänge – werden in dieser Vorlesung behandelt Metall-Halbleiter-Übergänge – Schottky-Dioden – werden nicht behandelt Kennlinie?, Formel?

11 4.1 Der ideale pn-Übergang im (thermischen) Gleichgewicht
Thermisches Gleichgewicht – Fermi-Niveau ist konstant Ort, an dem sich die Dotierung von n auf p ändert: Metallurgische Grenze Um die metallurgische Grenze entsteht eine Verarmungszone – Grund: Diffusion, Rekombination, elektrisches Feld der Dotierstoffe Raumladungszone (RLZ) = Sperrschicht = Verarmungszone Grenzen der RLZ: Wp, Wn

12 Weiter 4.1 in der RLZ bleiben ionisierte Dotier- stoffe zurück
elektrisches Feld wirkt der Diffusion entgegen Driftstrom und Diffusionsstrom kompensieren sich exakt Verteilung der Dotierstoffatome kann auf beiden Seiten als Rechteck genähert werden

13 Weiter 4.1 Diffusionsstrom Driftstrom Diffusionsstrom = Driftstrom
(Bild ist entnommen aus Pierret und steht nicht im Skript)

14 Weiter 4.1 Nomenklatur:

15 Weiter 4.1 Welche Größen interessieren uns? E-Feld und Potenzial?
Weite der Raumladungszone? Alle Größen in Abhängigkeit der Dotierstoff- konzentration!!!

16 Weiter 4.1 Ladungsneutralität – HL muss in seiner Gesamtheit neutral sein, d. h. die Ladungen auf beiden Seiten der metallurgischen Grenze müssen sich exakt kompensieren Neutralitätsbedingung: W – gesamte Raumladungszonenweite Konsequenz – die RLZ wird durch höhere Dotierung verringert

17 Weiter 4.1 Elektisches Feld Potenzial
Potenzielle Energie für Elektronen und Löcher

18 Weiter 4.1 Durch das Lösen der 1D-Poison-Gleichung kann das E-Feld
berechnet werden: Randbedingung: Maximales Elektrisches Feld an der metallurgischen Grenze: Name: „eingebautes E-Feld“

19 Weiter 4.1 Zusammenhang E-Feld – Potenzial: Potenzial:
Name: „eingebaute Spannung“, „Diffusionsspannung“ gesamte Spannung

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

21 Weiter 4.1 Resultate: Mit Hilfe des Massenwirkungsgesetz:
Ist der Halbleiter nicht entartet dotiert, so ist die Diffusionsspannung immer kleiner Eg/q.

22 Weiter 4.1 Jetzt kann die Raumladungszonenweite direkt aus den
Dotierstoffkonzentrationen errechnet werden:

23 Übungsaufgaben