1 / 55

złącze P - N

złącze P - N. Złącze p-n. P. N. Dodatnie dziury + ujemnie naładowane nieruchome akceptory. Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory. N. P. -. dziury. +. elektrony. Tylko naładowane donor y /a k ceptor y ( obszar zubożony ). Bez polaryzacji. dziury. -. +.

blossom-hines
Download Presentation

złącze P - N

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. złącze P-N

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

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

  4. zastosowanie: prostownik Złącze P-N

  5. Złącze p-n skokowe i liniowe ND-NA ND-NA p n n p zjonizowane donory zjonizowane akceptory + + x x - - Obszar zubożony Obszar zubożony liniowe skokowe

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

  7. Złącze p-n ND-NA p n ND + -xp0 x xn0 - -NA nn: większościowe w n pn: mniejszościowe w n pp: większościowe w p np: mniejszościowe w p

  8. Złącze p-n charakterystyka IV: I

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

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

  11. unoszenie dyfuzja e- e- Ec Ev V V Polaryz. przepustowa Ec j 0 Polaryz. zaporowa Ec 0 V

  12. Potencjał wbudowany W stanie równowagi W obszarze złącza W powstaje pole elektryczne i różnica potencjałów V0 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 Vnzaś po stronie p - potencjałVpa pomiędzy tymi obszarami wystąpi różnica potencjałów V0 = Vn – Vp Potencjał wbudowany: V0 = Vn – Vp Taki potencjał wbudowany jest konieczny do zapewnienia warunku aby gradEF =0 w całym złączu w stanie równowagi.

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

  14. Potencjał wbudowany ponieważVn – Vp = V0 to Dla złącza skokowego(NaiNd): W równowadze, więc

  15. Poziom Fermiego w równowadze Załóżmy, że pnippsą równowagowymi koncentracjami w obszarach n i p, poza obszarem zubożonymW: Wiadomo, że W równowadze, EFn= EFp, więc

  16. Złącze p-n

  17. Ładunek przestrzenny w złączu p-n Warunek neutralności qAxp0 Na = qAxn0Nd 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: - stała dielektryczna półprzewodnika (0 < x < xn0) (- xp0 < x < 0)

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

  19. Ładunek przestrzenny w złączu p-n Maksymalne pole elektryczne: Ale xp0 Na = xn0Nd iW = xp0 + xn0 (0 < x < xn0) (- xp0 < x < 0) (pole pod wykresem) 

  20. Ładunek przestrzenny w złączu p-n Ponieważ

  21. Potencjał ipole elektryczne w równowadze ND-NA p n ND -xpo + x xno - -NA Warunek neutralności: Równanie Poissona: Ciągłość w x=0

  22. Złącze p-n Uwaga!

  23. Wyprowadzenie równania Shockley’a

  24. Wyprowadzenie równania Shockley’a W stanie równowagi: ND-NA p n ND -xpo + x xno - -NA p -qV/kT p ( ) e = p n W stanie równowagi: Po spolaryzowaniu złącza: Po spolaryzowaniu złącza w kierunku przewodzenia: - p ( x ) p 0 - = = q ( V V ) / kT qV / kT -qV/kT e e e 0 0 p ( x ) n 0 Ponieważ koncentracja nadmiarowych nośników większościowych nie różni się znacznie od koncentracji równowagowej:

  25. Wyprowadzenie równania Shockley’a  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):

  26. Wyprowadzenie równania Shockley’a • Rozkład nośników mniejszościowych po obydwu stronach złącza spolaryzowanego w kierunku przewodzenia. Odległości xni xpmierzone są od krawędzi obszaru zubożonego • położenie kwazi –poziomów Fermiego

  27. Wyprowadzenie równania Shockley’a Całkowity prąd dziurowy wstrzyknięty do obszaru typu n na krawędzi obszaru zubożonego: Całkowity prąd elektronowy wstrzyknięty do obszaru typu p na krawędzi obszaru zubożonego:

  28. Wyprowadzenie równania Shockley’a Dla polaryzacji zaporowej V = -Vr (Vr >> kT/q) : Całkowity prąd:

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

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

  31. Czy równanie Shockley’ajest spełnione ? ( ) µ j exp eU / nkT przew ³ = dla i U 3 kT / e n 1 .. 2 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:

  32. Kier. przewodzenia - prąd rekombinacji

  33. Kier. zaporowy - prąd generacji

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

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

  36. „Przebicie” złącza w kier. zaporowym p elektrony n Mniejszościowy nośnik - - - p Zyskuje energię Generuje parę elektron-dziura n + Efekt tunelowy (dominuje w złaczach Si, Ge gdy Vprzebicia<4Eg/e) Vprzebiciamaleje ze wzrostem temperatury jonizacja zderzeniowa (dominuje gdy Vprzebicia>6Eg/e) Vprzebiciarośnie ze wzrostem temperatury

  37. Charakterystyka I-V. „Przebicie” złącza

  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. Przebicie lawinowe 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. p n + + - -

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

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

  42. I-V • Temperatura 77K • Ge Eg=0.7eV • Si Eg=1.14eV • GaAs Eg=1.5eV • GaAsP Eg=1.9eV

  43. I-V W złączach p-n zwykle

  44. Złącze p-n Model małosygnałowy

  45. Przełączanie złącza p-n 46

  46. Przełączanie złącza p-n

  47. Pojemność obszaru zubożonego C Dla złącza skokowego

  48. Pojemność obszaru zubożonego

  49. Pojemność obszaru zubożonego

More Related