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 20.05.2003

Die pn-Diode Bauelement mit gleichrichtender Wirkung – Stromfluss ist signifikant von der Polung abhängig 20.05.2003

Weiter 4.1 Driftstrom und Diffusionsstrom kompensieren sich exakt! = Diffusionsstrom Diffusionsstrom = Driftstrom 20.05.2003

Weiter 4.1 Neutralitätsbedingung: W – gesamte Raumladungszonenweite 20.05.2003

Weiter 4.1 Elektisches Feld Potenzial Potenzielle Energie für Elektronen und Löcher 20.05.2003

Weiter 4.1 Durch das Lösen der 1D-Poison-Gleichung kann das E-Feld berechnet werden: 20.05.2003

Weiter 4.1 Potenzial: Name: „eingebaute Spannung“, „Diffusionsspannung“ 20.05.2003

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) 20.05.2003

Weiter 4.1 Ist der Halbleiter nicht entartet dotiert, so ist die Diffusionsspannung immer kleiner Eg/q. 20.05.2003

Weiter 4.1 Darstellung der RLZ-Weite von der Dotierung: 20.05.2003

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 20.05.2003

4.2 Die Diode in Flusspolung pn-Übergang Flusspolung? Was passiert dann? 20.05.2003

Weiter 4.2 - + pn-Übergang Flusspolung? p n n Was passiert dann? 20.05.2003

Weiter 4.2 - + pn-Übergang Flusspolung? p n n 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 20.05.2003

Weiter 4.2 Injektion von Majoritäts- träger auf die gegenüber liegende Seite Veränderung des Potenzials durch die äußere Spannung In Flusspolung 20.05.2003

Weiter 4.2 pn-Übergang in Flusspolung 20.05.2003 (Bild ist aus Pierret entnommen) 20.05.2003

Weiter 4.2 Erhöhung der Minoritäten am Rand der RLZ in Boltzmann- Näherung: „Gesetz des Übergangs“ 20.05.2003

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. 20.05.2003

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. 20.05.2003

Weiter 4.2 Am Rand der RLZ im n-Gebiet fließt also folgender Strom: Umschreibung mit Hilfe des Massenwirkungsgesetz 20.05.2003

Weiter 4.2 Überlegungen zum Gesamtstrom in der pn-Diode 20.05.2003

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 20.05.2003

Weiter 4.2 Diodenströme in Abhängigkeit verschiedener HL 20.05.2003

Weiter 4.2 Kurze Diode: Der Abstand der RLZ zu den Kontakten ist viel kleiner als die Diffusionslänge. 20.05.2003

Weiter 4.2 In einer kurzen Diode findet keine Rekombination bis zwischen RLZ und Kontakt statt. l – Abstand zu den Kontakten 20.05.2003

Weiter 4.2 Abweichung von der idealen Diode: Rekombination in der RLZ 20.05.2003

Weiter 4.2 Gesamtstrom: idealer Diodenstrom + Rekombinationsstrom Empirische Formel: J0 und h sind dabei anzupassende Parameter. h liegt immer zwischen 1 und 2; „Idealitätsfaktor“. 20.05.2003

Weiter 4.2 Beispiele für verschiede Idealitätsfaktoren 20.05.2003

4.3 Die pn-Diode in Sperrrichtung Was bedeutet Sperrpolung? - + p n 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. 20.05.2003

Weiter 4.3 Banddiagramm in Sperrrichtung Kennlinie Entnommen aus Pierret 20.05.2003

Weiter 4.3 Sperrstrom: 20.05.2003

Übungsaufgaben 20.05.2003