Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 złącze P-N. 2 P N Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory + - Tylko naładowane.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 złącze P-N. 2 P N Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory + - Tylko naładowane."— Zapis prezentacji:

1 1 złącze P-N

2 2 P N Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory + - Tylko naładowane donory/akceptory (obszar zubożony) elektrony dziury P N Złącze p-n

3 3 + - elektrony dziury Bez polaryzacji P N elektrony dziury kier. przewodzenia prąd elektrony dziury kier. zaporowy b. mały prąd b. duży prąd I U charakterystyka IV: symbol: Złącze p-n

4 4 zastosowanie: prostownik Złącze P-N

5 5 Złącze p-n skokowe i liniowe skokowe liniowe N D -N A x p n + - Obszar zubożony - N D -N A x + p n Obszar zubożony zjonizowane akceptory zjonizowane donory

6 6 Złącze półprzewodnikowe W stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru!

7 7 - N D -N A x + p n xn0xn0 -x p0 -N A NDND p p : większościowe w p n p : mniejszościowe w p n n : większościowe w n p n : mniejszościowe w n Złącze p-n

8 8 I charakterystyka IV: Złącze p-n

9 9 Gęstość prądu unoszenia Prąd całkowity: elektronowy i dziurowy:

10 10 Gęstość prądu Całkowity prąd jest sumą prądu dyfuzyjnego (elektronowego i dziurowego) i prądu unoszenia (elektronowego i dziurowego) : J(x) = J n (x) + J p (x) Prąd dyfuzyjny

11 11 EcEc EcEc EcEc EvEv e-e- e-e- unoszenie dyfuzja Polaryz. przepustowa Polaryz. zaporowa V V V0 0 j

12 12 Potencjał wbudowany W stanie równowagi W obszarze złącza W powstaje pole elektryczne i różnica potencjałów V 0 Jeśli założymy, że obszary daleko od złącza są neutralne, czyli tam pole elektryczne jest równe zeru, to w obszarze neutralnym po stronie n będzie stały potencjał V n zaś po stronie p - potencjał V p a pomiędzy tymi obszarami wystąpi różnica potencjałów V 0 = V n – V p Potencjał wbudowany: V 0 = V n – V p Taki potencjał wbudowany jest konieczny do zapewnienia warunku aby gradE F =0 w całym złączu w stanie równowagi.

13 13 Potencjał wbudowany W równowadze (x : kierunek p n) i Wiemy, że

14 14 ponieważ V n – V p = V 0 to Dla złącza skokowego ( N a i N d ) : W równowadze, więc Potencjał wbudowany

15 15 Załóżmy, że p n i p p są równowagowymi koncentracjami w obszarach n i p, poza obszarem zubożonymW: W równowadze, E Fn = E Fp, więc Wiadomo, że Poziom Fermiego w równowadze

16 16 Złącze p-n

17 17 Warunek neutralności qAx p0 N a = qAx n0 N d Obliczymy pole elektryczne w obszarze W korzystając z równania Poissona: Założymy, że wszystkie domieszki są zjonizowane i zaniedbamy nośniki swobodne w obszarze złącza p-n : (0 < x < x n0 ) (- x p0 < x < 0 ) - stała dielektryczna półprzewodnika Ładunek przestrzenny w złączu p-n

18 18 Ładunek przestrzenny i pole elektryczne dla złącza p-n w którym N d > N a : (a) złącze w x=0, b) ładunek przestrzenny w złączu przy założeniu, że nośniki swobodne są zaniedbane; (c) rozkład pola elektrycznego. Ładunek przestrzenny w złączu p-n

19 19 Ładunek przestrzenny w złączu p-n Maksymalne pole elektryczne : Ale x p0 N a = x n0 N d i W = x p0 + x n0 (0 < x < x n0 ) (- x p0 < x < 0 ) (pole pod wykresem)

20 20 Ponieważ Ładunek przestrzenny w złączu p-n

21 21 Potencjał i pole elektryczne w równowadze Ciągłość w x=0 Warunek neutralności: Równanie Poissona: - N D -N A x + p n xnoxno -x po -N A NDND

22 22 Uwaga! Złącze p-n

23 23 Wyprowadzenie równania Shockleya

24 24 W stanie równowagi: Po spolaryzowaniu złącza : -qV/kT kT/qVkT/)VV(q 0n 0p eee )x(p )x(p 0 0 n p e) p p ( qV/kT - N D -N A x + p n xnoxno -x po -N A NDND W stanie równowagi: Po spolaryzowaniu złącza w kierunku przewodzenia: Ponieważ koncentracja nadmiarowych nośników większościowych nie różni się znacznie od koncentracji równowagowej: Wyprowadzenie równania Shockleya

25 25 Koncentracja nośników mniejszościowych na krawędzi obszaru zubożonego rośnie wykładniczo ze wzrostem napięcia polaryzującego złącze w kierunku przewodzenia Nadmiarowa koncentracja nośników mniejszościowych maleje w głąb półprzewodnika od krawędzi obszaru zubożonego (rys. na następnym slajdzie): Wyprowadzenie równania Shockleya

26 26 (a)Rozkład nośników mniejszościowych po obydwu stronach złącza spolaryzowanego w kierunku przewodzenia. Odległości x n i x p mierzone są od krawędzi obszaru zubożonego (b)położenie kwazi –poziomów Fermiego Wyprowadzenie równania Shockleya

27 27 Całkowity prąd dziurowy wstrzyknięty do obszaru typu n na krawędzi obszaru zubożonego: Całkowity prąd elektronowy wstrzyknięty do obszaru typu p na krawędzi obszaru zubożonego: Wyprowadzenie równania Shockleya

28 28 Dla polaryzacji zaporowej V = -V r (V r >> kT/q) : Całkowity prąd: Wyprowadzenie równania Shockleya

29 Składowa elektronowa i dziurowa prądu w złączu p + - n spolaryzowanym w kierunku przewodzenia.

30 30 Dla polaryzacji zaporowej V = -V r (V r >> kT/q) : Polaryzacja zaporowa

31 31 Czy równanie Shockleya jest spełnione ? Dobrze opisuje I-V dla złączy p-n w Ge, Gorzej dla złączy p-n w Si i GaAs. Powody: generacja/rekombinacja nośników w obszarze zubożonym prądy powierzchniowe oporność szeregowa wysoki poziom wstrzykiwania przy małym napięciu Przybliżenie: 2..1/3 /exp nekTU nkTeUj przew idla

32 32 Kier. przewodzenia - prąd rekombinacji

33 33 Kier. zaporowy - prąd generacji

34 34 Charakterystyka I-V w rzeczywistym złączu p-n

35 35 Przebicie złącza w kier. zaporowym Trzy mechanizmy efekt termiczny efekt tunelowania powielanie lawinowe efekt termiczny ( głównie w półprzewodnikach z wąską przerwą) wydzielanie ciepła temperatura rośnie Pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego

36 36 Efekt tunelowy (dominuje w złaczach Si, Ge gdy V przebicia <4E g /e) V przebicia maleje ze wzrostem temperatury jonizacja zderzeniowa (dominuje gdy V przebicia >6E g /e) V przebicia rośnie ze wzrostem temperatury p n elektrony p n - Mniejszościowy nośnik Zyskuje energię Generuje parę elektron-dziura Przebicie złącza w kier. zaporowym

37 37 Charakterystyka I-V. Przebicie złącza

38 38 Efekt Zenera: (a) złącze p-n silnie domieszkowane w równowadze; (b) spolaryzowane napięciem w kierunku zaporowym – efekt tunelowy z p do n; (c) charakterystyka I–V.

39 39 Występuje dla złączy słabiej domieszkowanych Pary elektron – dziura powstają w wyniku jonizacji zderzeniowej w silnym polu elektrycznym : (a) Diagram pasmowy złącza spolaryzowanego w kierunku zaporowym; elektron zyskuje energię kinetyczną w silnym polu elektrycznym i wytwarza parę elektron – dziura w procesie jonizacji zderzeniowej; (b) Pojedyncze zderzenie c) Powielanie jonizacji zderzeniowej. Przebicie lawinowe p n

40 40 P : prawdopodobieństwo jonizacji zderzeniowej z siecią n in : liczba elektronów przechodzących ze strony p złącza zwykle n = 3 ~ 6 Współczynnik powielania (M n ) :

41 Napięcie przebicia dla złączy skokowych p + -n w funkcji koncentracji donorów dla Si, Ge, GaAs i GaP

42 42 I-V Temperatura 77K a)Ge Eg=0.7eV b)Si Eg=1.14eV c)GaAs Eg=1.5eV d)GaAsP Eg=1.9eV

43 43 I-V W złączach p-n zwykle

44 44

45 45 Złącze p-n Model małosygnałowy

46 46 Przełączanie złącza p-n

47 47 Przełączanie złącza p-n

48 48 Dla złącza skokowego Pojemność obszaru zubożonego C

49 49 Pojemność obszaru zubożonego

50 50 Pojemność obszaru zubożonego

51 51 Pojemność obszaru zubożonego: (a) złącze p + -n –zaznaczono zmianę krawędzi obszaru zubożonego po stronie n przy zmianie polaryzacji zaporowej. Struktura przypomina kondensator płaski; (b) zależność C-V. Zaniedbano x p0 w silnie domieszkowanym obszarze p +. Pojemność obszaru zubożonego

52 52 (a) Stacjonarny rozkład nośników mniejszościowych dla polaryzacji w kierunku przewodzenia (niebieskie) i nieco mniejszej (przerywane niebieskie linie) w długiej diodzie. Rozkład chwilowy po nagłym zmniejszeniu prądu ( czarne linie). Dystrybucja nośników ulega szybkiej zmianie w pobliżu złącza ale z dala od złącza pozostaje bez zmian. b) j.w. dla krótkiej diody c) pojemność dyfuzyjna dla krótkiej i długiej diody w funkcji polaryzacji Pojemność dyfuzyjna

53 53 Dyfuzyjna ( związana z ładunkiem nośników mniejszościowych) – przy polaryzacji w kier. przewodzenia: Pojemność dyfuzyjna

54 54 Pojemność złącza p-n

55 55 Złącze p-n


Pobierz ppt "1 złącze P-N. 2 P N Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory + - Tylko naładowane."

Podobne prezentacje


Reklamy Google