Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Podobne dokumenty
Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Wykład V Złącze P-N 1

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Badanie charakterystyki diody

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Elektryczne własności ciał stałych

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

Urządzenia półprzewodnikowe

Elektryczne własności ciał stałych

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

W książce tej przedstawiono:

Elementy elektroniczne Wykłady 3: Półprzewodniki. Teoria złącza PN

Skończona studnia potencjału

Czym jest prąd elektryczny

Przyrządy półprzewodnikowe

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

Ćwiczenie 123. Dioda półprzewodnikowa

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Układy nieliniowe. Stabilizator - dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) Logiczna bramka NAND. w.7, p.1

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Wydział Elektrotechniki, Elektroniki Informatyki i Automatyki Politechnika Łódzka

Różne dziwne przewodniki

Rys.1. Struktura fizyczna diody epiplanarnej (a) oraz wycinek złącza p-n (b)

Struktura pasmowa ciał stałych

1 Źródła i detektory. V. Fotodioda i diody LED Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody i diod LED.

Diody półprzewodnikowe cz II

Układy nieliniowe. Stabilizator dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) w.9, p.1

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

Instrukcja do ćwiczenia: Badanie diod półprzewodnikowych i LED (wersja robocza)

Prawo Ohma. qnv. E ρ U I R U>0V. v u E +

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

Ćwiczenie 1 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Przerwa energetyczna w germanie

Układy nieliniowe. Stabilizator dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) w.9, p.1

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

V. Fotodioda i diody LED

ELEKTRONIKA ELM001551W

Cel ćwiczenia. Podstawowe informacje. eu exp mkt ] 1 (1) I =I S[

35 KATEDRA FIZYKI STOSOWANEJ

4. Diody DIODY PROSTOWNICZE. Są to diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego.

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Projekt FPP "O" Kosma Jędrzejewski

Układy nieliniowe - przypomnienie

W5. Rozkład Boltzmanna

Przejścia promieniste

Ćwiczenie nr 4 Charakterystyki I= f(u) złącza p-n.

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

Elementy przełącznikowe

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Elektryczne własności ciał stałych

Absorpcja związana z defektami kryształu

10 K AT E D R A F I Z Y K I S T O S OWA N E J

Budowa. Metoda wytwarzania

Przyrządy półprzewodnikowe część 2

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Teoria pasmowa ciał stałych

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Dioda półprzewodnikowa OPRACOWANIE: MGR INŻ. EWA LOREK

Laboratorium Półprzewodniki Dielektryki Magnetyki Ćwiczenie nr 1 Badanie złącz Schottky'ego metodą I-V

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

Pracownia Fizyczna i Elektroniczna Struktura układu doświadczalnego. Wojciech DOMINIK. Zjawisko przyrodnicze

Zasada działania tranzystora bipolarnego

Ćwiczenie nr 2 Charakterystyki I= f(u) złącza p-n.

Materiały używane w elektronice

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Rozszczepienie poziomów atomowych

Transkrypt:

Repeta z wykładu nr 5 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje: czwartek 13-16 - wzbudzenia w kryształach - absorpcja - czas życia nośników - struktury półprzewodnikowe - złącze p-n część 1 Plan na dzisiaj złącze p-n równowaga termodynamiczna: w wyniku dyfuzji i dryftu nośników dochodzi do wyrównania poziomu Fermiego w poprzek złącza

przykład: obliczenie, w przybliżeniu ostrego złącza, szerokości warstwy zubożonej i pola elektrycznego w złączu p-n silnie domieszkowanego na typ p (10 17 cm -3 ). Koncentracja donorów - 10 12 cm -3. zmiana potencjału dla części n i p złącza, która jest równa napięciu wbudowanemu: z warunku istnienia zerowego pola elektrycznego na krawędzi: pole elektryczne na granicy złącza: wtedy szerokość warstwy zubożonej dla złącza: złącze p-n w warunkach zewnętrznej różnicy potencjałów kierunek zaporowy kierunek przewodzenia dla silnie asymetrycznego domieszkowania złącza, gdy N A >>N D :

dla różnicy potencjałów w kierunku przewodzenia napięcie wbudowane ulega zmniejszeniu, ulega też redukcji szerokość warstwy zubożonej złącze pod wpływem przyłożonego napięcia nie znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej i np n i 2 opis przy pomocy kwazi poziomu Fermiego dla półprzewodnika w równowadze termodynamicznej (było ) elektrony wtedy dziury a prawo działania mas np=n i 2 całkowity prąd płynący przez złącze jest sumą prądu elektronowego i dziurowego, które związane są z dryftem i dyfuzją nośników kierunek zaporowy kierunek przewodzenia dla przypadku jednowymiarowego (było )

elektrony dziury ponieważ gęstość prądu elektronów i dziur płynącego przez złącze jest proporcjonalna do gradientu kwazi poziomu Fermiego dla elektronów i dziur, które w warunkach równowagi wynoszą zero, to w stanie ustalonym (równowaga termodynamiczna) prąd nie płynie obserwacje: w obszarze warstwy zubożonej zmiana kwazi poziomów Fermiego jest niewielka, wynika to ze stosunkowo wysokiej koncentracji nośników w warstwie zubożonej i stałości płynącego prądu szerokość warstwy zubożonej jest ponadto zmniejsza niż typowe długości dyfuzji nośników dlatego w warstwie zubożonej: n po równowagowa koncentracja elektronów w obszarze domieszkowanym na typ p dla niewielkich natężeń z powyższych rozważań można wyliczyć koncentrację elektronów na krawędzi warstwy zubożonej w obszarze domieszkowanym na typ p, czyli dla x=-w Dp analogicznie, koncentracja dziur na krawędzi warstwy zubożonej w obszarze domieszkowanym na typ n, czyli dla x=-w Dn

Równanie ciągłości Równanie ciągłości zmiana koncentracji nośników w danym obszarze półprzewodnika jest wynikiem efektów generacji i rekombinacji nośników oraz przepływu prądu z obszaru i do obszaru dla obszaru domieszkowanego na typ n równanie ciągłości ma postać dla przypadku jednowymiarowego (nie było ) G szybkość generacji U szybkość rekombinacji (U= n/τ) z zasady zachowania ładunku mnożąc równanie górne przez µ p p n, a dolne przez µ n n n bipolarna stała dyfuzji Równanie ciągłości Równanie ciągłości przy założeniu małych prądów i potencjałów, gdy czyli dla obszaru domieszkowanego na typ n mamy dla warunków brzegowych to równanie ciągłości upraszcza się do rozwiązanie jest postaci w obszarze neutralnym, gdzie jest zerowe pole elektryczne

Równanie złącza p-n Charakterystyka IV dziurowy prąd dyfuzyjny w obszarze domieszkowanym na typ n elektronowy prąd dyfuzyjny w obszarze domieszkowanym na typ p całkowity prąd w złączu (równanie Shockleya) równanie Shockleya opisuje przypadek idealnie ostrego złącza w sposób zadowalający przewiduje zachowanie w germanowych złączach p-n dla przypadku niskich gęstości prądu dla złącz opartych o krzem (Si) czy arsenek galu (GaAs) opis jedynie jakościowy Charakterystyka IV Przebicie złącza p-n podstawowe procesy odpowiedzialne za odstępstwa od ideału generacja i rekombinacja nośników w warstwie zubożonej możliwość wystąpienia dużych gęstości prądu nawet dla względnie niewielkich napięć w kierunku przewodzenia tunelowanie nośników pomiędzy stanami znajdującymi się w przerwie energetycznej spadek napięcia związany z układem połączonych szeregowo oporników efekty związane z rekombinacją powierzchniową przebicie - gwałtowny wzrost prądu przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym napięciem większym niż pewna charakterystyczna dla danego złącza wartość napięcie przebicia przebicie występuje zawsze przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym

Przebicie Zenera Przebicie Zenera przebicie Zenera - jonizacja elektrostatyczna w obszarze złącza (silnie domieszkowanego) zwana emisja wewnętrzną lub zjawiskiem Zenera (wyrwanie elektronu z wiązania kowalencyjnego atomów) przejście tunelowe elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa długość bariery prawdopodobieństwo tunelowania prąd Zenera proporcjonalny do liczby elektronów w paśmie walencyjnym, którym odpowiada nieobsadzony stan w paśmie przewodnictwa elektrony z pasma walencyjnego po stronie p-typu napotykają w przybliżeniu trójkątną barierę na drodze do pasma przewodnictwa materiału domieszkowanego na typ n A przekrój poprzeczny złącza N gęstość stanów w paśmie walencyjnym v prędkość elektronów w paśmie walencyjnym Przebicie lawinowe przebicie lawinowe - rozerwanie wiązania atomów w sieci wskutek dostarczenia energii przez swobodny nośnik ładunku rozpędzony w silnym polu elektrycznym. Powstaje para elektron-dziura, która przyspieszana w polu elektrycznym może dalej jonizować = powielenie liczby nośników w warstwie zaporowej szerokość warstwy zaporowej >> długości drogi swobodnej Φ m -praca wyjścia pole elektryczne w metalu=0 Φ s -praca wyjścia zależy od domieszkowania χ powinowactwo elektronowe nie zależy od domieszkowania

elektrony z półprzewodnika do metalu, δ maleje rośnie ładunek ujemny dla δ porównywalnych z odległościami międzyatomowymi zanika bariera sytuacja idealna stany powierzchniowe i jakość międzypowierzchni zrównanie poziomu Fermiego równowaga termodynamiczna wygięcie pasm energia potrzebna na przejście elektronu z metalu do półprzewodnika napięcie w kierunku przewodzenia napięcie w kierunku zaporowym

krzem doświadczalnie zmierzone wysokości barier w złączach metal-półprzewodnik dla różnych par materiałów związki półprzewodnikowe w przeciwieństwie do złącza p-n, gdzie o transporcie decydują nośniki mniejszościowe, dla złącza metal-półprzewodnik decydujące znaczenie mają nośniki większościowe napięcie w kierunku przewodzenia 1-termoemisja 2-tunelowanie 3-rekombinacja, 4-dyfuzja elektronów 5-dyfuzja dziur charakterystyka prądowo-napięciowa bariera energetyczna w złączu jest niewielka nie rośnie oporność złącze omowe brak warstwy zubożonej bariera energetyczna w złączu jest duża rośnie oporność złącze Schottky ego warstwa zubożona