7 the p n junction diode l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
7. The P-N junction Diode PowerPoint Presentation
Download Presentation
7. The P-N junction Diode

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 23

7. The P-N junction Diode - PowerPoint PPT Presentation


  • 455 Views
  • Uploaded on

7. The P-N junction Diode P-N Junction 에서 V bi , W , E , C ’ , f 를 구함 Forward bias, current-voltage 특성 Potential barrier 가 낮아지고 , 전자와 홀이 space charge region 으로 흐름 Excess minority carrier diffusion, drift, recombination Time varying signal-> Capacitance + conductance

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '7. The P-N junction Diode' - andrew


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
7 the p n junction diode
7. The P-N junction Diode
  • P-N Junction에서 Vbi, W, E, C’, f를 구함
  • Forward bias, current-voltage 특성
  • Potential barrier가 낮아지고, 전자와 홀이 space charge region으로 흐름
  • Excess minority carrier diffusion, drift, recombination
  • Time varying signal-> Capacitance + conductance
  • Recombine at space charge region-> Additional current
  • Shockley-Read-Hall recombination
  • Junction break-down, switching transients, solar cells, tunnel diode
7 1 ideal current voltage relationship
7.1 Ideal Current-Voltage Relationship
  • Abrupt depletion layer 근사, space charge region 외에는 neutral
  • Maxwell-Boltzmann 근사
  • Low injection 가정
  • Current:
    • Total current is a constant
    • 전자와 홀의 전류는 연속 함수
  • 이번 장에서의 기본적인 가정
7 1 1
7.1.1 경계 조건

완전 이온화라면

N 부분에서의 열적 평형 상태의

Majority 운반자 전자의 농도

P 부분에서 minority

운반자 전자의 농도는

P 부분에서의 minority 운반자 전자의 농도와 N 부분에서의

majority 운반자인 전자 농도의 관계 (열적 평형 상태)

slide4

Positive Voltage -> potential barrier 가 낮아짐 (그림 7.2)

  • Eapp가 space charge region의 전기장과 반대 방향
    • 알짜 전기장 감소
    • Diffusion과 전기장에 의한 힘의 균형이 무너짐
    • N 쪽에 있던 전자들이 p 쪽으로 inject 되기 시작

(홀에 대해서도 마찬가지)

  • P 부분에서의 minority 운반자 전자의 농도
  • (Space charge region의 edge 에서, 열적 평형 상태가 아님)
  • 인가한 전기장에 따라서 지수 함수적으로 증가
slide5

이때 p 부분의 초과 전자들은 확산과 재결합 과정을 겪게 된다.

  • N 부분에서의 초과 홀의 농도는 유사한 식으로 정해짐
  • 위의 결과는 reverse bias에 대해서도 성립
7 1 2 minority carrier
7.1.2 Minority Carrier의 분포
  • Ch. 5에서 배운 내용을 이용 (n 부분에서 초과 운반자인 홀에 대해서, ambipolar transport 방정식
  • Ch. 4 Drift current density, in the n 범위, E=0, g’=0, steady state
7 1 2 ideal pn junction
7.1.2 Ideal PN junction 전류
  • 전체 전류는 전자와 홀의 합
  • 전자와 홀의 전류는 depletion region 에서 상수
  • 전체 전류는 minority 홀 diffusion current at x=xn+ minority 전자 at x = -xp
  • Depletion region 외부에서는 전기장을 0으로 가정, 따라서 확산에 의한 diffusion 전류가 중요
slide9

마찬가지로 x=-xp에서 전자에 대해 풀면

이때 전자와 홀에 대한 전류 모두 +x 방향

Ideal current-voltage 관계식, 전체 전류: 전자 + 홀

Js: Reverse Saturation

Current Density

그림 7.6

7 1 4 physics
7.1.4 Physics 요약
  • Forward bias:
    • potential barrier을 낮춤
    • 전자와 홀이 space charge region으로 injected 됨
    • Inject 된 전자와 홀은 minority 운반자가 되고, 확산을 통해서 majority 운반자와 재결합.

Current density

p

n

Jtotal

Majority 홀 전류

Majority 전자 전류

Jn(-xp)

Jp(xn)

전자의 Diffusion 전류

홀의 Diffusion 전류

x=0

xn

-xp

slide11
예제 7.4 주어진 majority 운반자의 drift current을 생성하기 위한 전기장의 크기를 구하는 문제
    • 앞의 유도 과정에서 pn 정션의 space charge region외의 neutral 부분은 전기장이 0 이라고 가정.
    • 실제로는0은 아니지만, 굉장히 작은값이므로 좋은 근사임을 이 문제를 통하여서 확인
7 1 5 temperature effects
7.1.5 Temperature effects
  • Ideal reverse saturation current density
  • Function of ni2
  • Strongly depends on Temp.
  • For forward bias, exp(eVa/kBT) term
    • Less sensitive
7 1 6 the short diode

n

p

Wn

7.1.6 The “Short” Diode
  • 앞에서 p, n 부분이 diffusion length보다 훨씬 길다고 가정
    • 많은 경우 한 부분이 짧을 수 있음
  • 새로운 경계 조건 at x=xn + Wn
    • Ohmic contact at (x=xn + Wn): Infinite surface recombination velocity-> no 초과 minority carrier
slide14

일반해는 마찬가지로 지수 함수 꼴이지만,

경계 조건이 달라지면서 해의 형태가 조금 바뀜

  • For Wn>> Ln : 원래 식으로 환원
  • For Wn<< Ln : sinh(x)~x 이용, 선형관계 얻음
  • 이 경우에 Diffusion current을 구해보면
  • 이 식의 물리적 의미
    • Larger diffusion current for short diode
    • Diffusion current : 상수
    • No recombination of minority 운반자
7 2 small signal model
7.2 Small signal model

7.2.1 Diffusion Resistance

  • 여태까지 DC 만 고려, But 실질적인 경우 AC 성분 필요

ID:Diode current

IS:Diode reverse saturation current

  • Assume applied dc V0 producing a dc IDQ
  • If superimpose small, low-frequency sinusoidal voltage
    • Small sinusoidal current will be added to dc.
    • Incremental conductance : sinusoidal current/sinusoidal voltage
  • For small signal

Incremental conductance

Incremental resistance

slide16

With sufficient bias voltage, we can neglect –1 term

IDQ는 DC quiescent diode current

  • Incremental resistance :
    • Bias 의 함수
    • Diffusion resistance라고도 함
    • I-V curve의 기울기의 역수 (그림 7.10)
7 2 2 small signal admittance impedance
7.2.2 Small-Signal Admittance (Impedance)
  • Forward bias에 대한 Impedance를 minority 운반자의 diffusion current를 이용해서 계산
  • minority 운반자의 diffusion current를 additional small ac signal에 대해서 계산
  • Set x=0 at the xn (계산상의 편의를 위해서)
slide18

지수 함수 term을 Talyor 전개

Time dependent diffusion

방정식의 경계 조건을 사용

N-region (x>0), E=0, Diffusion 방정식:

인가 ac 전압이 사인 함수, steady state 해 역시 사인 함수 형태

p1(x) : 초과 운반자 농도의 ac 성분의 크기

slide19

첫번째 항: dc 에 대한 해를 만족

경계 조건 p1(x->infinity)=0, and p1(x=0) 식 (7.41)

slide21

전체 홀 전류의 크기

전자에 대해서 p-region 에서 구하면

전체 전류: 홀과 전자에 의한 전류의 합

slide22

전체 Admittance (Impedance):

여기서 진동수가 충분히 작다면

Diffusion conductance:

Diffusion Capacitance:

7 2 3 equivalent circuit
7.2.3 Equivalent Circuit
  • pn 정션을 등가 회로로 대치
  • 회로 분석시 유용

rs

rd

Cd

rd : Diffusion resistance

Cd : Diffusion capacitance

Cj : Junction capacitance

rs : finite resistance at

depletion region 외부

Cj

Va

Vapp