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Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 20.05.2003 7. Vorlesung Inhalt: Rückblick 6. Vorlesung Kapitel 4.2 und 4.3 Übungsaufgaben (die Restlichen)

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Präsentation zum Thema: "Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 20.05.2003 7. Vorlesung Inhalt: Rückblick 6. Vorlesung Kapitel 4.2 und 4.3 Übungsaufgaben (die Restlichen)"—  Präsentation transkript:

1 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Vorlesung Inhalt: Rückblick 6. Vorlesung Kapitel 4.2 und 4.3 Übungsaufgaben (die Restlichen) Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: ,

2 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die pn-Diode Bauelement mit gleichrichtender Wirkung – Stromfluss ist signifikant von der Polung abhängig

3 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 DriftstromDiffusionsstrom = DiffusionsstromDriftstrom Driftstrom und Diffusionsstrom kompensieren sich exakt! =

4 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Neutralitätsbedingung: W – gesamte Raumladungszonenweite

5 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Elektisches Feld Potenzial Potenzielle Energie für Elektronen und Löcher

6 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Durch das Lösen der 1D-Poison-Gleichung kann das E-Feld berechnet werden:

7 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Potenzial: Name: eingebaute Spannung, Diffusionsspannung

8 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Zusammenhang zwischen V 0 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 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Ist der Halbleiter nicht entartet dotiert, so ist die Diffusionsspannung immer kleiner E g /q.

10 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.1 Darstellung der RLZ-Weite von der Dotierung:

11 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 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 Pierret Volume II The pn-junction diode S

12 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die Diode in Flusspolung pn-Übergang Flusspolung? Was passiert dann?

13 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 pn-Übergang Flusspolung? Was passiert dann? np n + -

14 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 pn-Übergang Flusspolung? Was passiert dann? np n + - Die äußere Spannung fällt nur über der RLZ ab (V 0 -V) Die RLZ wird kleiner Elektrisches Feld wird kleiner, Diffusionsstrom wird nicht mehr vollständig kompensiert Majoritätsträger werden ins gegenüberliegende Gebiet injiziert

15 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

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

17 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Erhöhung der Minoritäten am Rand der RLZ in Boltzmann- Näherung: Gesetz des Übergangs

18 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 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 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Herleitung des Diffusionsstroms am Beispiel der Löcher: 1.Sind die Kontakte weiter als eine Diffusionslänge von der RLZ entfernt, so nehmen die injizierten Minoritäten Exponentiell auf den Gleichgewichtswert ab 2.Aus diesem Verlauf der Minoritätsträgerkonzentration kann der Strom berechnet werden.

20 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Am Rand der RLZ im n-Gebiet fließt also folgender Strom: Umschreibung mit Hilfe des Massenwirkungsgesetz

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

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

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

25 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

26 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.2 Abweichung von der idealen Diode: Rekombination in der RLZ

27 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.

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

29 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Die pn-Diode in Sperrrichtung Was bedeutet Sperrpolung? np n + - 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 Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I Weiter 4.3 Banddiagramm in Sperrrichtung Kennlinie Entnommen aus Pierret

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

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


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