7. Vorlesung Inhalt: Rückblick 6. Vorlesung Kapitel 4.2 und 4.3

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

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

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

4 Weiter 4.1 Neutralitätsbedingung: W – gesamte Raumladungszonenweite

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

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

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

8 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)

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

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

11 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 Pierret Volume II „The pn-junction diode“ S

12 4.2 Die Diode in Flusspolung
pn-Übergang Flusspolung? Was passiert dann?

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

14 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

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

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

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

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

21 Weiter 4.2 Überlegungen zum Gesamtstrom in der pn-Diode

22 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 Weiter 4.2 Diodenströme in Abhängigkeit verschiedener HL

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

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

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

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

28 Weiter 4.2 Beispiele für verschiede Idealitätsfaktoren

29 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.

30 Weiter 4.3 Banddiagramm in Sperrrichtung Kennlinie
Entnommen aus Pierret

31 Weiter 4.3 Sperrstrom:

32 Übungsaufgaben