Złącze p-n: dioda. Dioda: element nieliniowy. półprzewodniki. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda KRYSZTAŁ. Podział materiałów:

Transkrypt

1 Przwodictwo kryształów Złącz : dioda tomy dyskrt oziomy rgtycz (stay rgtycz); okrślo rgi lktroów TOM KYSZTŁ Półrzwodiki Przwodictwo ółrzwodików Dioda Dioda: lmt iliiowy TOM atom zjoizoway KYSZTŁ asmo rzwodictwa rzwodiki ółrzwodiki izolatory asmo rzwodictwa rgia oziomy wzbudzo oziom odstawowy asma rgii wzbroioych rzrwa rgtycza asmo walcyj asmo lktroow Kryształy: asma rgii dozwoloj dla lktroów oddzilo asmami rgii zabroioj Pasmo walcyj ajwyższ asmo rgtycz lktroów związaych z joami sici krystaliczj Pasmo rzwodictwa lktro staj się wsóly dla całgo kryształu i moż się w im rzmiszczać od wływm ola lktryczgo ośik rądu Koctracja lktroów w aśmi rzwodictwa dcyduj o rzwodictwi kryształu 3 Podział matriałów: < 5V ~5V asmo walcyj Przwodiki (mtal) asma rzwodictwa i walcyj częściowo rzkrywają się Półrzwodiki (samoist): asmo walcyj i asmo rzwodictwa są rozdzilo małą rzrwą rgtyczą; lktroy mogą rzchodzić z asma walcyjgo do asma rzwodictwa o otrzymaiu orcji rgii > ( szrokość asma zabroiogo) Źródło rgii: romiiowai lktromagtycz (fotoy), drgaia sici krystaliczj Koctracja ośików w zalży od tmratury, atężia romiiowaia zolatory rzrwa rgtycza jst a tyl duża, ż w ormalych warukach liczba lktroów zdolych zalźć się w aśmi rzwodictwa 4 jst bardzo mała.

2 Mchaizm rzwodictwa rzwodiki (mtal) Prąd lktryczy ruch ładuków od wływm rzyłożogo ola lktryczgo W różi: ruch jdostaji rzysiszoy uch lktroów w jdorodym olu lktryczym: W matriałach sowaliai lktroów w wyiku zdrzń fooami dryf chmury lktroów wzdłuż ola lktryczgo z rędkością V (~cm/s) zaczi mijszą iż śrdia rędkość ojdyczych lktroów w chmurz. Fooy ctra rozraszaia;. zaiczyszczia lub oscylacj sici rzwodictwo matriału: σ = m τ Z wzrostm tmratury rośi koctracja fooów (zwiększają się drgaia sici krystaliczj) W mtalach: zwiększi rozraszaia i zmijszi τ koctracja lktroów zmiia się bardzo słabo ( cost) SKTK: oór mtali zwiększa się wraz z wzrostm tmratury 5 ozwój matriałów ółrzwodikowych: Grma ra Krzmu 96 Gas 97 Wid bad ga smicoductors 99 Polimry (ółrzwodiki orgaicz), matriały amorficz,... Półrzwodiki lmtar (samoist): rzrwa rgtycza Si. V G.66 V C (diamt) 5.46 V amorficzy Si.7 V Poular związki ółrzwodikow: rzrwa rgtycza Gas.4 V GaP.6 V GaSb.66 V s.354 V P.344 V Sb.7 V Półrzwodiki o szrokij rzrwi rgtyczj: rzrwa rgtycza GaN 3.4 V N.89 V ln 6. V SiC V Mchaizm rzwodictwa ółrzwodiki samoist lktro dziura rgia lktrou Z wzrostm tmratury rośi ilość ośików rądu rzwodość ółrzwodików zwiększa się 7 T=3 K =.5 V lktro w aśmi walcyjym absorbuj orcję (kwat) rgii >, zrwai wiązaia w krysztal: uwolii lktrou do asma rzwodictwa, dziura w aśmi walcyjym quasiładuk dodati moż się rzmiszczać Swobod lktroy i dziury są ośikami rądu w ółrzwodikach ( ) ówowaga dyamicza gęstości ośików obu rodzajów. x ozkład rgii ośików w rzybliżiu rozkład Boltzmaa: k = 8.6* 5 V K :stała Boltzmaa, T : tmratura [K] Para ośików lktrodziura rkombiuj śrdio o czasi 5 7 s σ = 8 m τ Półrzwodiki domiszkowa door ty N P, s, Sb oziom doorowy Wtrąci do sici krystaliczj zbudowaj z atomów cztrowartościowych domiszki trójwartościowj (akctora) owoduj wytworzi dziury słabo związaj z sicią. akctor Nośiki większościow Wtrąci do sici krystaliczj zbudowaj z atomów cztrowartościowych domiszki ięciowartościowj (doora) owoduj wytworzi lktrou słabo związago z sicią l, Ga,, B ty P W tmraturz okojowj rawi wszystki domiszki są zjoizowa Porzz odowidi domiszkowai moża wytwarzać ółrzwodiki o kotrolowaj, admiarowj koctracji lktroów lub dziur

3 Złącz Doświadczi myślow : dokoujmy ztkięcia kryształu tyu z kryształm tyu oczątkowo każdy z kryształów jst lktryczi obojęty óżica stężń ośików owoduj dyfuzję: h dziury z obszaru dyfudują do obszaru tyu, lktroy obszaru dyfudują do obszaru tyu, Złącz c.d. Na styku obu matriałów owstaj barira otcjału o wartości Barira otcjału ograicza dyfuzję ośików i rowadzi do stabilizacji sytuacji w złączu. rówowaga dyamicza akctory ładuk rzstrzy otcjał doory x kryształ tyu aładował się dodatio kryształ tyu aładował się ujmi 9 rgia dziur ółrzwodik dziurowy rąd rkombiacji otcjał ółrzwodik W złączu isolaryzowaym całkowity rąd łyący rzz złącz jst rówy zru, gdyż rąd jst rówoważoy rzz rąd gracji G rozkład rgii dziur / liczba dziur liczba lktroów / lktroowy rąd rkombiacji rozkład rgii lktroów = G Stąd rąd gracji: ( G = x ) wyadkowy rąd rkombiacji rgia lktroów ara lktro dziura otcjał rąd gracji G uch ośików jst odowidzialy za dziurowy i lktroowy rąd rkombiacji, składając się a wyadkowy rąd rkombiacji Prąd rkombiacji jst roorcjoaly do liczby ośików zdolych okoać barirę otcjału : x ( ) = x ( ) d rąd gracji G

4 SPOLYZOWN złącz c.d. SPOLYZOWN złącz rgia dziur rąd dziurowy rkombiacji rąd lktroowy rkombiacji. Złącz solaryzowa w kiruku zaorowym Barira otcjału wzrasta do wartości Zmijsza się liczba ośików zdolych okoać odwyższoą barirę Prąd rkombiacji malj 3 rgia lktroów. Naięci zwętrz rzyłożo w kiruku rzwodzia Zmijszi bariry otcjału o wartość ośi liczba ośików, zdolych okoać barirę otcjału Prąd łyący rzz złącz wzrasta 4 SPOLYZOWN złącz c.d. W ogólości rąd rkombiacji w złączu : Poiważ rąd łyący rzz złącz jst sumą rądu rkombiacji i gracji, to: [ ( ) ] czyli: = ( ) x [ ] = G x = G x rówai oisując racę złącza, złącz = G (rówai Shockly a) DOD G

5 Dioda ółrzwodikowa (rostowicza) Dla większych rądów rówai Shockly a modyfikuj się do ostaci: M = l r G gdzi: r rzystacja matriału diody (asożyticza), M wsółczyik związay z tym ółrzwodika M~ Podstawow zastosowai iliiowych własości złącza rostowai rądów lktryczych Prostowik jdoołówkowy W WY aięci rzwodzia złącza to aięci w kiruku rzwodzia, dla którgo rąd diody osiąga umowi dużą wartość t W WY t G Si Gas [V] =.35 =.65 = Dioda Zra Zastosowai: stabilizacja aięć Dioda świcąca (lktrolumisccyja) D W>Z WY Z ruch lktroów Dzilik aięcia z diodą Zra = stabilizator aięcia Mijsc irwotj gracji ary lktrodziura Mijsca wtórj gracji ar lktrodziura Z D Lawiow owilai ośików rądu w złączu w silym olu lktryczym Zachodzi dla aięć zaorowych większych od Z rkombiacj ruch dziur złącz solaryzowa w kiruku rzwodzia w złączu astęują itsyw sotaicz rocsy rkombiacyj kombiacja dziury i lktrou jst związaa z misją kwatu romiiowaia o rgii rówj w rzybliżiu szrokości rzrwy rgtyczj Douszczal aięci wstcz (zaorow) diody jst ograiczo rzz aięci rzbicia, zwa aięcim Zra ( Z ) 9 Charaktrystyka rądowoaięciowa odoba do charaktrystyki diody rostowiczj

6 Liiowy = = Niliiowy = = f ( ) X = f ( ) Niliiow układy lktrycz r d = lmt iliiowy = f ( ) = = ( ) = = cost = = ( ) cost rzystacja zwykła: = rzystacja różiczkowa (dyamicza): r d = r d X dla lmtów iliiowych: X X d = d X X w ogólości wyraża się szrgim: X w lmtach iliiowych amlituda atężia rądu i jst liiową fukcją amlitudy aięcia = = s Ćwiczi: Badai diod ółrzwodikowych. Cl ćwiczia. Zaozai się z różymi rodzajami diod ółrzwodikowych: dioda rostowicza krzmowa, dioda świcąca (LD) oraz dioda Zra grator obwód wyzwalai KŁD POMOWY B oscylosko Zbudować układ omiarowy Wjści: rzbig trójkąty o aięciach szczytowych od.5v do.5 V i częstości Hz Dioda rostowicza xt. Dokoać omiaru charaktrystyki diody D =f( D ) Dzilik aięcia: W = D WY, D =wy/ Wykrślić wyiki dla dodatich aięć, stosując a osi rądów skalę logarytmiczą Doasować charaktrystykę diody używając zmodyfikowago rówaia Shockly a M D = l G D omijamy czło D r (iwilki rąd) omijamy składik (oiważ D >> G ) doasowywai charaktrystyki będzi rówoważ doasowywaiu rostj: D M = (l D D r l G ) 3 4

7 Zastąić diody rostowicz diodami świcącymi LD i wyzaczyć tą samą mtodą aięci rzwodzia. Czy rzkroczi aięcia rzwodzia owoduj świci diody? W tym samym obwodzi wykoać omiar charaktrystyki dla diody Zra (BZX55, ibiska). Wyzaczyć aięci Zra i aięci 5