Download
1 / 68
770 likes | 1.4k Views
התקני מוליכים למחצה פרק 9 זרם בצומת PN בממתח אחורי וקדמי. פרופ' אבינעם קולודני. +. +. +. +. -. -. -. -. +. +. +. +. -. -. -. -. +. +. +. +. -. -. -. -. זרם בצומת PN בממתח אחורי וקדמי. למדנו קודם בעיקר מצב שיווי משקל:. נלמד עכשיו על הזרם בהתקן:. P. N. P.
E N D
התקני מוליכים למחצהפרק 9 זרם בצומת PN בממתח אחורי וקדמי פרופ' אבינעם קולודני
+ + + + - - - - + + + + - - - - + + + + - - - - זרם בצומת PN בממתח אחורי וקדמי • למדנו קודם בעיקר מצב שיווי משקל: • נלמד עכשיו על הזרם בהתקן: P N P N - + • ראינו השפעת ממתח על עובי שכבת מיחסור: P N + - - - + + + + + - + + - - - + + + + + + - - - - + + + + + - - - - + -
האם יהיה זרם בצומת בממתח אחורי? P N - +
האם יהיה זרם בצומת בממתח קדמי? P N + -
x פרופיל ריכוזי נושאי מטען סביב צומת בממתח אחורי nn pp np pn
EC EF EV דיאגרמת פסי אנרגיה בממתח קדמי ממתח אפס ממתח קדמיP-side Positive EFN
איך ישתנה פתרון משוואת פואסון בממתח קדמי? Charge density Electric field Potential
האם יש זרם בצומת בממתח קדמי? P N + -
x פרופיל ריכוזי נושאי מטען סביב צומת בממתח קדמי nn pp np pn
P P N N סיכום ממתח קדמי בהשוואה לאחורי ממתח אחורי ממתח קדמי -V +V • PN junction applets: http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/pn/biasedPN2/BiasedPN2.htmlE-field under bias http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/pn/biasedPN/index.htmlCurrent processes under bias
Electron diffusion - - - - - - - Electron drift - - - - - EC + - + + + + + + + EF Eן - - - - - - - - - Hole drift + + + + + + EV + + + + P-type + N-type + + Hole diffusion לכל רכיב זרם בצומת: האם יגדל/יקטן כשיופעל ממתח קדמי/אחורי?
x Injection and collection of minority carriers הזרקה ואיסוף של נושאי מיעוט משתקפים בריכוזים מחוץ לשכבת המחסור (Concentrations are drawn in logarithmic scale) nn nn np np Reverse bias (collection) Forward bias (injection)
צומת PN כהתקן דיודה: סימון סכמטי וחישוב מחסום הפוטנציאל הפנימי • Vapplied is the external voltage • Vj is the internal potential barrier • Vapp>0 : Forward bias • Vapp<0 : Reverse bias P N + - + -
מדידת אפיין מתח-זרם של צומת (c) Zoom-in around 0V
np np x Reverse bias (collection) Forward bias (injection) שלבים לחישוב זרם הדיודה נחשב את ריכוז נושאי המיעוט בקצות שכבת המחסור (מוזרקים או נאספים) נפתור את משוואת הרציפות מחוץ לשכבת המחסור באזורים הנייטרליים נחשב את זרמי הדיפוזיה של נושאי המיעוט ע"י נגזרת הפתרון שמצאנו np(0-) pn(0+) X= X=
שלב 1:חישוב ריכוזים במודל פסים במצב אי-שיווי-משקל(כשיש נושאי מטען בעודף או בחוסר) קוואזי רמות-פרמי EC EFN Ei EFp EV
דוגמה שהיכרנו לאי-שווי-משקל P-type Ec EFn EFp Ev
N-type Ec EFn EFp Ev דימוי למצב בצומת..... P-type Ec EFn EFp Ev
יחסי בולצמן בדיודההנחת קואזי-שיווי משקל EFn EFp
תנאי שפה בולצמני לממתח קדמי(שלב 1: ריכוז נושאי המטען המוזרקים) nn pp Log scale np pn x np(Xp) pn(xn) np pn Linear scale x=xp x=xn
תנאי שפה בולצמני לממתח אחורי(שלב 1: ריכוז נושאי המטען הנאספים) nn pp Log scale np pn np(xp) x pn(xn) np Linear scale pn x=xp x=xn
סיכום של שלב 1 :הממתח החיצוני Vapp קובע את ריכוז נושאי המיעוט בקצות שכבת המיחסור Log scale x Log scale Log scale x x
שלב 2:פתרון משוואת הרציפות מחוץ לאזור המחסור(לשם פשטות: הנחות לדיודה חד-צדדית)
שלב 3 : ביטוי זרם עפ"י דיפוזיה בקצה האיזור הניטרלי(לשם פשטות: נניח דיודה חד-צדדית P+N) pn(xn) np pn Linear scale Linear scale pn pn
ביטויי הזרם בדיודה "דו צדדית" np(xn) pn(xn) np pn Linear scale np Linear scale pn
x זרמי אלקטרונים וחורים בנקודות שונות לפי קירכהוף בממתח קדמי nn pp Carrierconcentration np pn x Je Jh Current density
N P - + + + + - - + - + - - + - - + - + + - - + - - + + + + + - + + - - + - + - - - - + תפקיד המגעים ממתח קדמיP-side Positive
הנחות והזנחות שעשינו בדיודה אידיאלית
אפיין דיודהמעשית: ממתח קדמי קירוב:
ממתח קדמי גבוה מאד השפעת התנגדות אומית של האזורים הנייטרליים
ממתח קדמי גבוההזרקה חזקה (high level injection)
גנרציה ורקומבינציה באזור המיחסור • בממתח קדמי – תוספת לזרם מרקומבינציה, • בממתח אחורי – תוספת לזרם מגנרציה.
רגישות לטמפרטורה בממתח קדמיהדיודה כמד-טמפרטורה Source: Rabaey Ch. 3
אפיין דיודה ריאלית: ממתח אחורי - פריצה • נדון בשני מנגנוני פריצה: פריצת זנר ופריצת מפולת. • בדיודת סיליקון מתקיים המעבר בין שני המנגנונים בערך בממתח של V6-
דיודות זנר ומפולת: תוצאות מדידות Avalanche Zener
