Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 27.05.2003 9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8....
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27.05.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
9. Vorlesung
Inhalt:• Rückblick 8. Vorlesung• Der Bipolartransistor• Übungsaufgaben
Dipl.-Phys. S. PaprottaTel.: 762-4218, [email protected]
27.05.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
4.2 Der pn-Übergang in Flusspolung
np n+ -
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.2
Injektion von Majoritäts-träger auf die gegenüberliegende Seite
Veränderung des Potenzialsdurch die äußere SpannungIn Flusspolung
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.2
(Bild ist aus Pierret entnommen)
pn-Übergang in Flusspolung
27.05.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
Weiter 4.2Überlegungen zum Gesamtstrom in der pn-Diode
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Weiter 4.2
Ideale Dioden-Gl.Schockley-Gl.
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Weiter 4.2
Diodenströme in Abhängigkeit verschiedener HL
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.2
Kurze Diode: Der Abstand der RLZ zu den Kontakten ist vielkleiner als die Diffusionslänge.
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.2
In einer kurzen Diode findet keine Rekombination bis zwischenRLZ und Kontakt statt.
l – Abstand zu den Kontakten
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Weiter 4.2Gesamtstrom: idealer Diodenstrom + Rekombinationsstrom
Empirische Formel:
J0 und sind dabei anzupassende Parameter. liegt immer zwischen 1 und 2; „Idealitätsfaktor“.
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Weiter 4.2Beispiele für verschiede Idealitätsfaktoren
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4.3 Die pn-Diode in Sperrrichtung
np n +-
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Weiter 4.3Banddiagramm in Sperrrichtung
Kennlinie
Entnommen aus Pierret
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Weiter 4.3Sperrstrom:
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• 4.5 Die Verarmungskapazität• 4.6 Die Speicher- oder Diffusionskapazität• 4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode• 4.8 Der Diodendurchbruch• Übungsaufgaben• Bonus-Informationen
8. Vorlesung Inhalt
27.05.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta
Halbleiterelektronik I
4.5 Die Verarmungskapazität
• In der Verarmungszone stehen sich positive und negative Ladungen gegenüber
(Plattenkondensator: Q=C*U)
Aber: Ladung hängt nicht linear von der Spannung ab!!!
Definition der Sperrschicht-Kapazität:
„Kleinsignal-Kapazität“
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Weiter 4.5
Reaktion der RLZauf eine kleine Erhöhung der Spannung
Größe der Verarmungs-kapazität in Abhängigkeitder äußeren Spannung
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Weiter 4.5
Berechnung der Verarmungskapazität Plattenkondensator-Näherung:
Divergiert, wenn V gegen V0 strebt.(Niedriginjektion V kleiner als V0.
Spannungsabhängige Kapazität – Varaktor)
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4.6 Die Diffusionskapazität• überwiegt in Flussrichtung• ist nur in Flussrichtung relevant
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Weiter 4.6Berechnung der Diffusionskapazität:
Definition
Aufstellen der Ladung
Ausdruck für die Ladung
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.6
Ausdruck für die Diffusionskapazität:
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Halbleiterelektronik I
4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode
Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert:
Zusammenhang: Leitwert - Diffusionskapazität
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.7
Graphische Verdeutlichung von rd und gd
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Halbleiterelektronik I
Weiter 4.7
Was bedeutet Kleinsignal?
V < kT/q
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Weiter 4.7
Es fließen zwei Ströme durchdie Diode:
Die beiden Kapazitätenentsprechen einer komplexen Impedanz:
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4.8 Der LawinendurchbruchEine Diode sperrt nicht für beliebig hohe Spannungen!!!
Ab einer gewissen Spannung kommt es zum Durchbruch:
Der Durchbruch ist reversibel, solange die thermischeBelastung begrenzt wird.
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Weiter 4.81. Der Lawinendurchbruch:
• Das elektrische Feld ist soweit vergrößert, dass die Ladungs- träger so stark beschleunigt werden, so dass durch Stöße mit den Kristallatomen Elektron-/Loch-Paare erzeugt werden können.• Es kann bei genügend hoher Sperrspannung eine Kettenreaktion ausgelöst werden.
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Weiter 4.8
Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung:
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Weiter 4.82. Der Zener-Durchbruch:
• tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf• Es kommt zum „Tunneln“
Durchbruch entstehtfrüher als beim Lawinendurchbruch.
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Übungsaufgaben
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Bonus-Informationen
• Der pn-Übergang als Solarzelle• Bilder zur Bauelementen
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SolarzelleKennlinieSkizze:
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Halbleiterelektronik I
Bauelemente
8-Lagen Kupfer
MOS-Transistor
Bipolartransistor