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Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 27.05.2003 9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung Der Bipolartransistor Übungsaufgaben Dipl.-Phys.

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1 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung Der Bipolartransistor Übungsaufgaben Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: ,

2 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Der pn-Übergang in Flusspolung np n + -

3 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Injektion von Majoritäts- träger auf die gegenüber liegende Seite Veränderung des Potenzials durch die äußere Spannung In Flusspolung

4 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 (Bild ist aus Pierret entnommen) pn-Übergang in Flusspolung

5 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Überlegungen zum Gesamtstrom in der pn-Diode

6 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Ideale Dioden-Gl. Schockley-Gl.

7 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Diodenströme in Abhängigkeit verschiedener HL

8 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Kurze Diode: Der Abstand der RLZ zu den Kontakten ist viel kleiner als die Diffusionslänge.

9 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 In einer kurzen Diode findet keine Rekombination bis zwischen RLZ und Kontakt statt. l – Abstand zu den Kontakten

10 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Gesamtstrom: idealer Diodenstrom + Rekombinationsstrom Empirische Formel: J 0 und sind dabei anzupassende Parameter. liegt immer zwischen 1 und 2; Idealitätsfaktor.

11 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Beispiele für verschiede Idealitätsfaktoren

12 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die pn-Diode in Sperrrichtung np n + -

13 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.3 Banddiagramm in Sperrrichtung Kennlinie Entnommen aus Pierret

14 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.3 Sperrstrom:

15 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die Verarmungskapazität 4.6 Die Speicher- oder Diffusionskapazität 4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode 4.8 Der Diodendurchbruch Übungsaufgaben Bonus-Informationen 8. Vorlesung Inhalt

16 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die Verarmungskapazität In der Verarmungszone stehen sich positive und negative Ladungen gegenüber (Plattenkondensator: Q=C * U) Aber: Ladung hängt nicht linear von der Spannung ab!!! Definition der Sperrschicht-Kapazität: Kleinsignal-Kapazität

17 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.5 Reaktion der RLZ auf eine kleine Erhöhung der Spannung Größe der Verarmungs- kapazität in Abhängigkeit der äußeren Spannung

18 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.5 Berechnung der Verarmungskapazität Plattenkondensator-Näherung: Divergiert, wenn V gegen V 0 strebt. (Niedriginjektion V kleiner als V 0. Spannungsabhängige Kapazität – Varaktor)

19 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die Diffusionskapazität überwiegt in Flussrichtung ist nur in Flussrichtung relevant

20 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.6 Berechnung der Diffusionskapazität: Definition Aufstellen der Ladung Ausdruck für die Ladung

21 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.6 Ausdruck für die Diffusionskapazität:

22 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Das Kleinsignalmodell der Diode Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert: Zusammenhang: Leitwert - Diffusionskapazität

23 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.7 Graphische Verdeutlichung von r d und g d

24 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.7 Was bedeutet Kleinsignal? V < kT/q

25 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.7 Es fließen zwei Ströme durch die Diode: Die beiden Kapazitäten entsprechen einer komplexen Impedanz:

26 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Der Lawinendurchbruch Eine Diode sperrt nicht für beliebig hohe Spannungen!!! Ab einer gewissen Spannung kommt es zum Durchbruch: Der Durchbruch ist reversibel, solange die thermische Belastung begrenzt wird.

27 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter Der Lawinendurchbruch: Das elektrische Feld ist soweit vergrößert, dass die Ladungs- träger so stark beschleunigt werden, so dass durch Stöße mit den Kristallatomen Elektron-/Loch-Paare erzeugt werden können. Es kann bei genügend hoher Sperrspannung eine Kettenreaktion ausgelöst werden.

28 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.8 Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung:

29 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter Der Zener-Durchbruch: tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf Es kommt zum Tunneln Durchbruch entsteht früher als beim Lawinendurchbruch.

30 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Übungsaufgaben

31 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Bonus-Informationen Der pn-Übergang als Solarzelle Bilder zur Bauelementen

32 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Solarzelle KennlinieSkizze:

33 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Bauelemente 8-Lagen Kupfer MOS-Transistor Bipolartransistor


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