AKAEMIA GÓRICZO-HUTICZA IM. STAISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Katedra Elektroniki ELEMETY ELEKTROICZE dr inż. Piotr ziurdzia aw. C-3, okój 413; tel. 617-7-0, iotr.dziurdzia@agh.edu.l dr inż. Ireneusz Brzozowski aw. C-3, okój 51; tel. 617-7-4, ireneusz.brzozowski@agh.edu.l ZŁĄCZE -n IOA ZŁĄCZOWA 1
IOA LAMPOWA POWRÓT O PRZESZŁOŚCI ;) anoda katoda żarnik 3 IOA LAMPOWA - ZIAŁAIE IOA ZAWÓR EOKIERUKOWY jest rąd nie ma rądu 4
IOA LAMPOWA vs. PÓŁRZEWOIKOWA lamowa ioda lamowa tylko wady: duża, szklana, żarzenie, duże naięcia, nie da się miniaturyzować ółrzewodnikowa ioda ółrzewodnikowa zalety: mała, duży zakres naięć i rądów, da się scalać (miniaturyzować), odorna na wstrząsy 5 Kilka ytań: Z czego zrobić diodę ółrzewodnikową? akie ółrzewodniki? Co to jest złącze -n? ak owstaje złącze -n? 6 3
ZŁĄCZE -n - części składowe P jon domieszki akcetorowej, jon domieszki donorowej, elektron, dziura nośnik mniejszościowy nośnik większościowy 7 ZŁĄCZE -n łączenie części Ekseryment myślowy: ołączenie ółrzewodników z n P E (ole elektryczne) Rekombinacja dziur i elektronów w strefie granicznej warstwa zaorowa (obszar zubożony) Ładunek rzestrzenny bariera otencjału B (naięcie dyfuzyjne) 8 4
ZŁĄCZE -n RÓWOWAGA TERMOYAMICZA P E (ole elektryczne) d nu nd u warstwa zaorowa d - u = 0, nd - nu = 0 9 ZŁĄCZE -n RÓWOWAGA TERMOYAMICZA W warunkach równowagi termodynamicznej rądy dyfuzyjne nośników większościowych znoszą się z rądami unoszenia nośników mniejszościowych d - u = 0, nd - nu = 0 10 5
ZŁĄCZE -n POLARYZACA ZAPOROWA P B + U nu u warstwa zaorowa + U 11 ZŁĄCZE -n POLARYZACA ZAPOROWA Zwiększona bariera otencjału ( B +U) owoduje całkowity zanik rądów dyfuzyjnych nośników większościowych. Pozostają niezależne od naięcia rądy unoszenia nośników mniejszościowych 1 6
ZŁĄCZE -n POLARYZACA PRZEWOZĄCA P B - U d nu u nd warstwa zaorowa + U 13 ZŁĄCZE -n POLARYZACA PRZEWOZĄCA Zmniejszona bariera otencjału ( B -U) owoduje rzeływ dużych rądów dyfuzyjnych nośników większościowych i małych rądów unoszenia nośników mniejszościowych 14 7
ZŁĄCZE -n Charakterystyka rądowo-naięciowa (I-U) 15 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA IOA IEALA zawór elektroniczny I U 16 8
CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA ierwsze odejście la kierunku zaorowego łynie stały rąd związany z unoszeniem nośników mniejszościowych ( u ) o wartości niezależnej od naięcia -0. -0.4-0.6-0.8 0 x 10-1 -1 I [A] U [V] -10-8 -6-4 - 0 17 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA la kierunku rzewodzenia ze statystyki Maxwella-Boltzmanna wiadomo, że rawdoodobieństwo rzejścia cząstki onad barierą energetyczną jest: f(w) = ex(-w/kt) bariera energetyczna dla dyfundujących nośników większościowych (energia ola elektrycznego): W=q( B -U) Zatem rzy U=0 d ae d = u d ierwsze odejście q( B U ) kt u ae qb kt d gęstość rądu dyfuzyjnego a wsółczynnik roorcjonalności a u e qb kt 18 9
CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA la kierunku rzewodzenia c.d. o odstawieniu: i ostatecznie: ierwsze odejście qb kt amiętając, że: = d u mamy: d d u u e e qu kt e q( B U ) qb qb qu) kt ue kt u e U T kt T q u U e T otencjał elektrotermiczny (oznaczany też jako U T ) u ostatecznie: u e U T 1 Równanie Shockleya htt://www.magnet.fsu.edu/education /tutorials/ioneers/shockley.html 19 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA I[A] 1.4 1. 1 0.8 0.6 ierwsze odejście u e U T 1 rzy u = 1A 0.4 0. 0 0 0. 0.4 0.6 0.8 U [V] 0 10
energia dziury energia elektronu 017-03-1 ZŁĄCZE -n: CHARAKTERYSTYKA I=f(U) POSUMOWAIE Równanie Shockleya I I S e U T 1 I S rąd nasycenia nośników mniejszościowych htt://www.magnet.fsu.edu/educati on/tutorials/ioneers/shockley.html I [A] Charakterystyka rądowo-naięciowa złącza -n (wg równania Shockleya ierwsze odejście) -0. 0 x 10-1 1.4 1. 1 0.8 0.6 0.4 0. 0 0 0. 0.4 0.6 0.8 U [V] -0.4-0.6 [A] -0.8-1 -10-8 -6-4 - 0 rzy I S = 1A 1 Energetyczny model asmowy złącza P Brak olaryzacji U=0 nd E C nu q B E i E C E F E F E V E i u d E V 11
Energetyczny model asmowy złącza POLARYZACA ZAPOROWA P U<0 E C nu q( B +U) E F E V qu E C E F u Zwiększona bariera otencjału ( B +U) owoduje całkowity zanik rądów dyfuzyjnych nośników większościowych. Pozostają niezależne od naięcia rądy unoszenia nośników mniejszościowych E V 3 Energetyczny model asmowy złącza POLARYZACA PRZEWOZĄCA U>0 P nd E C E F q( B -U) nu qu E C E F E V u d E V Zmniejszona bariera otencjału ( B -U) owoduje rzeływ dużych rądów dyfuzyjnych nośników większościowych i małych rądów unoszenia nośników mniejszościowych 4 1
IOA ZŁĄCZOWA budowa: AOA to złącze -n odowiednio uformowane i zamknięte w obudowie z wyrowadzeniami -baza n-baza KATOA symbol: złącze -n (metalurgiczne, technologiczne) Elementy elektroniczne dioda złączowa 5 IOA W OBWOZIE PRĄU STAŁEGO PRZYKŁA ane: E=3V, R=10k, I S =0,1A, T=300K, idealna dioda Szukane: I =? U =? z dokładnością rzynajmniej 1% I E U U R R Elementy elektroniczne dioda złączowa 6 13
IOA W OBWOZIE PRĄU STAŁEGO ROZWIĄZAIE Zaisujemy równanie dla oczka: Prąd diody oisuje równanie Shockleya: Podstawiamy otrzymując rąd I : Ostatecznie wyliczamy: I E U U R R Elementy elektroniczne dioda złączowa 7 IOA W OBWOZIE PRĄU STAŁEGO ROZWIĄZAIE I S =0,1A, T=300K, idealna dioda I 1 x 10-3 I 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0. 0.1 0 0 0.5 1 1.5.5 U 3 E U U R ane: E=3V, R=10k I max = E/R = 3V/10k = 0,3mA (tj. gdy U = 0) U max = E (gdy I = 0) PUKT PRACY PROSTA PRACY (unkt na ch-ce określający naięcie na diodzie i rąd rzez nią łynący) R Elementy elektroniczne dioda złączowa 8 14
Własności złącza Ty złącza ma wływ na jego własności Istotny jest sosób owstawania złącza ak owstaje złącze? 9 ak owstaje złącze? Złącze dyfuzyjne dyfuzja ierwiastka donorowego lub akcetorowego yfuzja boru rzez okno w tlenku krzemu ZŁĄCZE LIIOWE Rozkład koncentracji domieszki akcetorowej dla dyfuzji ze źródła o nieograniczonej wydajności ( x) ( x) a d ax 30 15
ak owstaje złącze? Złącze imlantowane bombardowanie kryształu Si jonami domieszek rozędzonymi do dużej energii (setki kev) Rozkład domieszki akcetorowej wrowadzonej do ółrzewodnika metodą wielokrotnej imlantacji ZŁĄCZE SKOKOWE 31 ak owstaje złącze? Złącze eitaksjalne nanoszenie warstwy eitaksjalnej ółrzewodnika z atmosfery wzbogaconej o ierwiastki domieszek Rozkład koncentracji domieszek dla rzykładowego złącza skokowego otrzymanego metodą eitaksjalną ZŁĄCZE SKOKOWE Rysunek zaczernięto z S. Kuta Elementy i układy elektroniczne, AGH 000 3 16
Baza i emiter złącza W rzyadku złącza niesymetrycznego: baza złącza warstwa słabiej domieszkowana emiter złącza warstwa silniej domieszkowana P + x j l B A >> Złącze z krótką bazą: l B <L n 33 ZŁĄCZE SKOKOWE i LIIOWE koncentracja domieszki akcetorowej koncentracja domieszki donorowej Rozkład koncentracji domieszek w złączu skokowym Rozkład koncentracji domieszek w złączu liniowym Efektywny rozkład koncentracji domieszek decydujący o tyie ółrzewodnika Rysunki zaczernięto z W. Marciniak Przyrządy ółrzewodnikowe i układy scalone, WT 1979 34 17
rozkład gęstości ładunku rozkład koncentracji domieszek 017-03-1 ZŁĄCZE SKOKOWE POZIOM OMIESZKOWAIA n==n i skokowe symetryczne skokowe niesymetryczne skokowe silnie niesymetryczne Rysunki zaczernięto z W. Marciniak Przyrządy ółrzewodnikowe i układy scalone, WT 1979 35 WARSTWA ZUBOŻOA OPIS AALITYCZY P E złącze skokowe symetryczne Rozkład ola elektrycznego E(x), otencjału (x) i szerokość warstwy zubożonej można znaleźć z równania Poissona: d ( x) S rzenikalność elektryczna d x bezwzględna ółrzewodnika s Gęstość ładunku rzestrzennego w warstwie zubożonej : ( x) q A ( x) q A dla obszaru akcetorowego dla obszaru donorowego Całkując równanie Poissona i amiętając, że natężenie ola elektrycznego E=d/dx otrzymujemy: 1 E ( x) dx S Złącze -n, jako całość, zachowuje obojętność elektryczną - warstwa diolowa o równych ładunkach dodatnim i ujemnym (q A l + q l n =0). Zatem nie ma ola elektrycznego oza warstwą zubożoną (E=0 dla x l i x l n ). Przy tych warunkach i stałych gęstościach ładunków w oszczególnych obszarach i zwrocie E w lewo oraz wybranym układzie wsółrzędnych rozwiązaniem całki jest: q A q E EA( x) ( x l ), E ( x) ( x ln ) A w obszarze akcetorowym, E w obszarze donorowym S S 36 18
WARSTWA ZUBOŻOA OPIS AALITYCZY Pole elektryczne zachowuje ciągłość rzy rzejściu między obszarami akcetorowym i donorowym: E A (0)=E (0). Ponadto w tym unkcie rzyjmuje maksymalną wartość: q Al q ln Emax S S Rozkład otencjału (x) można obliczyć całkując ole elektryczne E(x) w granicach od l do l n (rys. oniżej). atomiast różnica otencjałów to otencjał barierowy B (naięcie dyfuzyjne): 1 B E max l d ld l ln l d szerokość warstwy zubożonej Rysunki zaczernięto z W. Marciniak Przyrządy ółrzewodnikowe i układy scalone, WT 1979 37 WARSTWA ZUBOŻOA OPIS AALITYCZY Szerokość warstwy zubożonej l d, korzystając z owyższych równań i dźwigni ( A l = l n ), można rzedstawić jako: B s ( A) B ld Emax q A Korzystając z faktu, że złącze znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej (rąd unoszenia znosi się z rądem dyfuzji u = d ) można wyznaczyć wartość otencjału barierowego. a rzykład dla dziur: d q q E dx d korzystając z równania Einsteina (kt/q=/µ) oraz ( T =kt/q) można zaisać: T Edx n ln d Całkując o koncentracji dziur i rozmiarze warstwy zubożonej: T Edx B l otrzymujemy: ln( n ) B lub dla elektronów: T ln( n n ) Uwzględniając n n i A oraz n= n i otrzymujemy: n n koncentracja elektronów w (nośniki większościowe), n koncentracja elektronów w P (nośniki mniejszościowe), koncentracja dziur w P (nośniki większościowe), n koncentracja dziur w (nośniki mniejszościowe) B T n ln( B T A n i ) 38 19
rzykład Oblicz wartość naięcia dyfuzyjnego w złączu -n krzemowym jeśli koncentracje A i wynoszą: 10 m -3. ln( B T A n i ) kt T q otencjał elektrotermiczny (oznaczany też jako U T ) iech temeratura T=300K wiadomo, że dla krzemu n i =1,510 16 m -3, k = 1,38 10-3 /K, q=1,6 10-19 C Zatem: T =5,9mV, oraz B =694mV Oblicz szerokość warstwy zubożonej. Wiadomo, że dla krzemu s =18,8510-1 F/m Zatem: l d =49nm l d s ( A) B q A 39 obliczanie złącza Odowiedź: htt://www.acsu.buffalo.edu/~wie/alet/nformation/nformation.html 40 0
koncentracja nośników 017-03-1 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA OŚIKI i PRĄY w PRZEWOZĄCYM ZŁĄCZU -n Model zjawisk w złączu -n racującym w kierunku rzewodzenia P + l d elektron dziura admiarowe nośniki mniejszościowe w P n (elektrony, które rzeszły z ) 0 n n admiarowe nośniki mniejszościowe w - n (dziury, które rzeszły z P) n 0 n0 rekombinacja + U, n n koncentracje nośników większościowych n0, n 0 koncentracje nośników mniejszościowych w stanie równowagi termodynamicznej 41 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA OŚIKI i PRĄY w PRZEWOZĄCYM ZŁĄCZU -n Mały oziom wstrzykiwania: ' nn wstrzykiwanie dziur do n' wstrzykiwanie elektronów do P admiarowe nośniki mniejszościowe w P n (elektrony, które rzeszły z ) admiarowe nośniki mniejszościowe w - n (dziury, które rzeszły z P) Prąd nadmiarowych nośników mniejszościowych w (dziury, które rzeszły z P) Prąd nadmiarowych nośników mniejszościowych w P (elektrony, które rzeszły z ) Rysunek zaczernięto z W. Marciniak Przyrządy ółrzewodnikowe i układy scalone, WT 1979 4 1
gęstości ładunku elektrycznego natężenia ola elektrycznego otencjału 017-03-1 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA Całkowity rąd (dla uroszczenia ominięto warstwę zubożoną oś x ): dn x' 0 d x' 0 tylko składowe dyfuzyjne: dn dn qn dx' x' 0 dla elektronów dn d q dx' dla dziur Koncentracja nośników rzy wstrzykiwaniu rzez obszar zubożony: n n n' (0)ex( x / Ln ), n n0 ostatecznie: nn q Ln dioda dyfuzyjna I I S 0 L n0 ( e U T x' 0 ' (0)ex( x / L ) 0 n U T ( e 1) nn I S qa Ln 0 1) s gęstość rądu nasycenia L n0 n 0, n0 koncentracje nośników mniejszościowych w stanie równowagi termodynamicznej, n' (0), ' n (0) koncentracje nośników mniejszościowych nadmiarowych dla x=0 rąd I S = S A, gdzie: A to ole owierzchni rzekroju złącza L n droga dyfuzyjna elektronów, L droga dyfuzyjna dziur 43 WARSTWA ZUBOŻOA - odsumowanie ZŁĄCZE SKOKOWE SYMETRYCZE rozkłady: P q -q A E U = 0 + -l x _ 0 l n E -l 0 l n x Gęstość ładunku rzestrzennego w warstwie zubożonej : A( x) q A dla obszaru akcetorowego ( x) q dla obszaru donorowego Maksymalne natężenie ola elektrycznego: E max q l A n Potencjał barierowy (naięcie dyfuzyjne): ln( B T S q l S A n i ) E max B x -l 0 l n Szerokość warstwy zubożonej bez olaryzacji (U = 0): B s ( A) B ld E q max w rzyadku olaryzacji zewnętrznej (U 0) szerokość warstwy zubożonej: s ( A)( B U) ld q A A 44
gęstości ładunku elektrycznego natężenia ola elektrycznego gęstości ładunku elektrycznego natężenia ola elektrycznego otencjału otencjału 017-03-1 WARSTWA ZUBOŻOA - odsumowanie ZŁĄCZE SKOKOWE IESYMETRYCZE ( + -n) P + U = 0 rozkłady: q -q A + -l x _ 0 l n E Szerokość warstwy zubożonej bez olaryzacji (U = 0): l d s ( A) B q można urościć dla niesymetrycznego złącza: A E -l 0 l n x l d sb q dla złącza + -n ( A >> ) E max l d sb q A dla złącza -n + ( >> A ) B x -l 0 l n 45 WARSTWA ZUBOŻOA - odsumowanie ZŁĄCZE LIIOWE SYMETRYCZE P U = 0 Wyadkowy rozkład koncentracji domieszek A = A - rozkłady: można aroksymować linią rostą: a d A / dx E -l x _ E + 0 l n -l 0 l n x Zakładając gęstość ładunku rzestrzennego w warstwie zubożonej: daje: oraz: qax rozwiązanie równania Poissona B Emax 1,5 l d 1 l 3 sb d qa Potencjał barierowy (naięcie dyfuzyjne): E max n ln( a l l B T n i ) B uwzględniając liniowość i obojętność elektryczną złącza ( l ln ld / ) mamy ostatecznie: x -l 0 l n B T ln( ald ni ) 46 3
ZŁĄCZE -n uściślanie ch-ki I-U 47 PÓŁPRZEWOIK W STAIE IERÓWOWAGI TERMOYAMICZE Szybkość generacji nośników nie jest równa szybkości rekombinacji: G R ie obowiązuje rawo działania mas: n n i Obojętność elektryczna może być zaburzona q( n0 ) A 0 0 Elementy elektroniczne - fizyka ółrzewodników 48 4
PÓŁPRZEWOIK W STAIE IERÓWOWAGI TERMOYAMICZE GEERACA i REKOMBIACA GEERACA rzejście elektronu z asma walencyjnego od rzewodnictwa REKOMBIACA rzejście owrotne elektronu z asma rzewodnictwa do walencyjnego Rekombinacja bezośrednia Rekombinacja ośrednia: rzejście rzez stany kwantowe w rzerwie energetycznej wynikające z defektów sieci krystalicznej lub atomów innych domieszek (złoto) centra generacyjnorekombinacyjne Rekombinacja owierzchniowa: rzejście rzez stany kwantowe w rzerwie energetycznej odowiadające stanom owierzchniowym koniec kryształu (załamanie eriodyczności struktury krystalicznej) Elementy elektroniczne - fizyka ółrzewodników 49 PÓŁPRZEWOIK W STAIE IERÓWOWAGI TERMOYAMICZE GEERACA i REKOMBIACA owrót do stanu równowagi Stan ustalony: wyadkowa szybkość rocesów rekombinacyjno-generacyjnych: V R G R Cn, G Cn C wsółczynnik rekombinacji RG V Zakłócenie równowagi: V RG C( n0 ' 0n' n' ') rzy: n n n, dla małego oziomu zakłócenia (wstrzykiwania) mamy: więc: V RG C( n0 0 ) n' lub inaczej: th, th i RG C( n n i ) 1 C( n 0 0 ) n' V RG dla : 1 dla P: C A Szybkość jest roorcjonalna do ilości nośników 0 ' 0 Elementy elektroniczne - fizyka ółrzewodników 50 ' n' n 0 - czas życia nośników nadmiarowych to średni czas ich istnienia w ółrzewodniku (zanim zrekombinują) 1 C 0 5
CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA UŚCIŚLAIE GEERACA i REKOMBIACA w WARSTWIE ZUBOŻOE la kierunku zaorowego w skutek generacji w warstwie zubożonej wzrasta liczba nośników mniejszościowych unoszonych rzez ole elektryczne warstwy, rośnie rąd w kierunku zaorowym Gęstość rądu generacyjnego: 1 ni s ( A)( B U) o odstawieniu: g q q A dla złącza niesymetrycznego + -n: gęstość rądu nasycenia: 1 s a : g s ( B U ) n q i A g qgl lub: Elementy elektroniczne - złącze -n 51 d G - szybkość generacji, l d szer. warstwy zubożonej g S l n L d i l d S G n i s ( A)( B U ) q qn i A / 1 L P droga dyfuzyjna Ch-ka rądowo-naięciowa złącza UŚCIŚLAIE GEERACA i REKOMBIACA w WARSTWIE ZUBOŻOE la kierunku zaorowego g S l n L d i Wływ koncentracji samoistnej: E g to n i to g / S Eg kt ni C V e la Ge można zaniedbać g (mały udział w całkowitym rądzie rewersyjnym złącza) Porównanie ch-k rądowo-naięciowych dla kierunku zaorowego la Si i GaAs IE można zaniedbywać g Im większa E g tym mniejsza n i i większy udział g, którego IE można zaniedbywać Rysunek zaczernięto z W. Marciniak Przyrządy ółrzewodnikowe i układy scalone, WT 1979 Elementy elektroniczne - złącze -n 5 6
CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA UŚCIŚLAIE GEERACA i REKOMBIACA w WARSTWIE ZUBOŻOE la kierunku rzewodzenia część nośników większościowych dyfundujących rzez warstwę zubożoną ulega rekombinacji, maleje rąd w kierunku rzewodzenia Gęstość rądu rekombinacyjnego: r qrl d 1 ni o ostawieniu: r q ld ex( U T ) orównanie: rzy: A r d 1 n i ld ex( U L R - szybkość rekombinacji, R 0 - szybkość rekombinacji rzy U=0, l d szerokość warstwy zubożonej ) Rysunek zaczernięto z W. Marciniak Przyrządy ółrzewodnikowe i układy scalone, WT 1979 R n n n ex( U ) ni R ex( U T ) Elementy elektroniczne - złącze -n 53 T 0 i i Porównanie ch-k rądowo-naięciowych dla kierunku rzewodzenia n T PÓŁPRZEWOIK W STAIE IERÓWOWAGI TERMOYAMICZE WSTRZYKIWAIE (IIEKCA), WYCIĄGAIE (EKSTRAKCA) WSTRZYKIWAIE dostarczanie nośników do obszaru ółrzewodnika: n n i WYCIĄGAIE usuwanie nośników z obszaru ółrzewodnika: n n i KOCETARCE OŚIKÓW: n n n, 0 ' 0 ' koncentracje nośników w stanie równowagi termodynamicznej koncentracje dodatkowych nośników - nadmiarowych Elementy elektroniczne - fizyka ółrzewodników 54 7
' ' 017-03-1 PÓŁPRZEWOIK W STAIE IERÓWOWAGI TERMOYAMICZE IIEKCA, A POZIOM ZABURZEIA RÓWOWAGI Mały oziom wstrzykiwania: ' n n wstrzykiwanie dziur do n' małe zakłócenie obojętności elektrycznej: wstrzykiwanie elektronów do P stan quasi-obojętny uży oziom iniekcji: ' n n' n n' ' wewnętrzne ole elektryczne duży oziom iniekcji to na zewnątrz duże rądy Elementy elektroniczne - fizyka ółrzewodników 55 PÓŁPRZEWOIK W STAIE IERÓWOWAGI TERMOYAMICZE KOCETRACA OŚIKÓW rzy USTALOYM POZIOMIE WSTRZYKIWAIA LUB WYCIĄGAIA wstrzykiwanie n n n ( x) n (0) t 1 0,5 1 0,37 e roga dyfuzyjna mówi o zasięgu wstrzykiwanych nośników 0 L P1 L P Zmiana koncentracji nośników jest efektem dyfuzji: x w stanie ustalonym i rzy uwzględnieniu rekombinacji mamy: n n n0 x X Rozwiązanie rzy warunkach brzegowych: n 0) const, n ( ) dla wstrzykiwania: Analogicznie dla wyciągania: ' ' ' ' n ( x) n(0) ex( x / L ) n ( x) n ( )(1 ex( x / L )) L - droga dyfuzyjna ( n0 Elementy elektroniczne - fizyka ółrzewodników 56 8
CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA UŚCIŚLAIE UŻY POZIOM IIEKCI Koncentracja nośników mniejszościowych nadmiarowych staje się orównywalna lub większa niż koncentracja domieszek w bazie złącza (n. dla + -n jest: n ). W efekcie rośnie też koncentracja nośników większościowych modulacja konduktywności w obszarze bazy. Ponadto ojawia się ole elektryczne od ładunku wstrzykniętych nośników. Ostatecznie gęstość rądu: ~ ex( U T ) Elementy elektroniczne - złącze -n 57 CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA UŚCIŚLAIE REZYSTACA SZEREOWA Ze wzrostem wartości rądu coraz większy wływ ma rezystancja obszarów ółrzewodnika nie będąca w bezośrednim sąsiedztwie złącza rezystancja szeregowa (R S ) zatem: U U I R S naięcie na diodzie naięcie na złączu Elementy elektroniczne - złącze -n 58 9
CHARAKTERYSTYKA I=f(U) ZŁĄCZA złącze rzeczywiste (dioda) Ćwiczenie lab. nr 1 lgi lgi 10000 I = 0mA 1/n 1000 R S = 1,3 U = 6mV lgi KP0 lgi GR0 1/n 1/n rąd diody I [ua] 100 10 lgi 0 1 3 4 5 u /U T 1 u U T Zakresy rądu diody: 1 - małych rądów, - rekombinacyjny, 3 - dyfuzyjny, 4 - rądów unoszenia i 5 - omowy 0,1 0,01 zakres dyfuzyjny 0 100 00 300 400 500 600 700 800 900 1000 naięcie U [mv] i I GR 0 e u irs UT u 1 I 0 e irs UT 1 14148 I 0 rąd nasycenia nośników mniejszościowych (I S ) Elementy elektroniczne - złącze -n 59 30