Złącza półprzewodnikowe

Prezentacja na temat: "Złącza półprzewodnikowe"— Zapis prezentacji:

1 Złącza półprzewodnikowe
Wykład 6 Złącza półprzewodnikowe

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

3 - 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!

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

5 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)

6 - + - + 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:

7 Złącze p-n I charakterystyka IV:

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

9

10 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)) 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]

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

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

13 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)

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

15 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.

16 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)

17 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

18 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.

19 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

20 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

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

22 Absorpcja światła w półprzewodnikach

23 Dioda LED

24 Dioda LED Ge Si GaAs

25 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.

26 Laser półprzewodnikowy