Złącza półprzewodnikowe Wykład 6 Złącza półprzewodnikowe

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

- Szybkość przejścia z 1 do 2 : Szybkość przejścia z 2 do 1 : Dla energii E, szybkość przejścia elektronów ze stanu 1 do stanu 2 jest ~ do liczby stanów zajętych o energii E w materiale 1 razy liczba stanów pustych o energii E w materiale 2 : - Szybkość przejścia z 1 do 2 : Szybkość przejścia z 2 do 1 : w stanie równowagi : a stąd: więc : - zatem :      A więc w stanie równowagi gradient poziomu Fermiego jest równy zeru!

Dioda półprzewodnikowa Charakterystyka I-V - nieliniowa Polaryzacja w kier. przewodzenia n p V I A + - + - A A + - Polaryzacja zaporowa

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

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

Złącze p-n I charakterystyka IV:

Złącze p-n Ind Inu qVbi Ipd Ipu E p - typ n Holes type EF elektrony dziury qVbi Ind Ipd Inu Ipu

Charakterystyka I-V I = Io [exp(eV/(kT))-1] I = Io [exp(eV/(nkT))-1] Prąd dziurowy: Dyfuzyjny Ipd = C1Npexp (-eVbi/(kT)) Unoszenia Ipu = CNpn = Ipd = C1Npexp (-eVbi/(kT)) Po spolaryz. w kier. przewodzenia IpF = C1 Np exp (-e(Vbi- V) /(kT)) Ip = IpF - Ipu = C1Np exp (-e(Vbi- V) /(kT)) – C1Np exp (-eVbi/(kT)) = C1Npexp [-eVbi/(kT)][exp(eV/(kT)-1] =Ipd [exp(eV/(kT))-1] Prąd elektronowy: In = Ind [exp(eV/(kT))-1 gdzie Ind = C2Nn exp (-eVbi/(kT)) I = Io [exp(eV/(kT))-1] prąd nasycenia Io = Ind + Ipd = (C1 Np + C2Nn) exp (-eVbi/(kT)) Rzeczywista dioda: I = Io [exp(eV/(nkT))-1]

Charakterystyka C-V Zł. jednostronne: Po przyłożeniu napięcia zewnętrznego: Vbi zaporowy przewodzenie

Prostownik Jest to układ, który zamienia prąd przemienny na prąd stały a) jednopołówkowy b) dwupołówkowy I t

Dioda Zenera Wykład VI (a) Silnie domieszkowane złącze w stanie równowagi; (b) złącze spolaryzowane w kierunku zaporowym : tunelowanie elektronów z p do n; (c) charakterystyka I–V. Efekt tunelowy (dominuje w złaczach p-n:Si, Ge gdy Vprzebicia<4Eg/e)

Dioda lawinowa Powielanie lawinowe (Vprzebicia>6Eg/e) p n - elektrony uzyskują energię + aby kreować pary elektron-dziura przez zderzenie nieelastyczne

Fotodioda Fotodioda, półprzewodnikowy element bierny, złącze P-N, z warstwą zaporową. Działanie jest oparte o efekt fotowoltaiczny. Zastosowania: przy braku polaryzacji - bateria słoneczna przy polaryzacji zaporowej - nieliniowy rezystor, w którym opór zależy od strumienia światła.

Fotodioda złącze jest zwarte (Uzewn = 0) Isc = q Nph(Eg) światło jest absorbowane dla ; tworzą się pary elektron-dziura, które są separowane przez pole w złączu i transportowane przez złącze złącze jest zwarte (Uzewn = 0) ID (A) VD (V) - E C V EF hf Isc Isc = q Nph(Eg)

Fotodioda złącze jest rozwarte Voc Id = Io [exp(eVoc /kT)-1] ID (A) VD (V) EC EV qVbi qVOC Voc Id = Io [exp(eVoc /kT)-1] Ten prąd równoważy w rozwartym oświetlonym złączu p-n maksymalny prąd fotogeneracji, czyli Isc Isc – Id = 0 Podstawiając za Id wartość Isc

Bateria słoneczna Urządzenie, które zamienia energię słoneczną w energie elektryczną. P = I x U=I2 x R= U2/R Jest podobne do baterii, bo dostarcza mocy prądu stałego. Różni się od baterii, bo napięcie które wytwarza zależy od oporności obciążenia.

Historia 1839 Becquerel zaobserwował pojawianie się napięcia między 2 elektrodami zanurzonymi w elektrolicie, zależnego od oświetlenia. 1876 ten sam efekt zaobserwowano dla selenu 1941 pierwsza bateria na krzemie 1954 początek współczesnych badań ogniw słonecznych

Promieniowanie słoneczne Atmosfera może pochłaniać więcej niż 50% światła słonecznego AM - ilość masy powietrza, przez którą przechodzi światło AMO - stała słoneczna 1.37 KW/m2

Widmo promieniowania i energie wzbronione Bandgap - przerwa wzbroniona, lattice constant – stała sieciowa

Absorpcja światła w półprzewodnikach

Dioda LED

Dioda LED Ge Si GaAs

Dioda LED – diagram pasmowy Diagram pasmowy diody LED bez polaryzacji i po spolaryzowaniu w kierunku przewodzenia. Napięcie polaryzujące diodę zmniejsza barierę potencjału Vo i nośniki większościowe dyfundują do odpowiednich obszarów złącza, rekombinując w obszarze złącza.

Laser półprzewodnikowy