Dipl.-Phys. S. Paprotta Halbleiterelektronik I 27.05.2003 9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8....

27.05.2003 Dipl.-Phys. S. Paprotta

Halbleiterelektronik I

9. Vorlesung

Inhalt:• Rückblick 8. Vorlesung• Der Bipolartransistor• Übungsaufgaben

Dipl.-Phys. S. PaprottaTel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de

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4.2 Der pn-Übergang in Flusspolung

np n+ -

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Weiter 4.2

Injektion von Majoritäts-träger auf die gegenüberliegende Seite

Veränderung des Potenzialsdurch die äußere SpannungIn Flusspolung

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Weiter 4.2

(Bild ist aus Pierret entnommen)

pn-Übergang in Flusspolung

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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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Weiter 4.2

Kurze Diode: Der Abstand der RLZ zu den Kontakten ist vielkleiner als die Diffusionslänge.

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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

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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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Weiter 4.6

Ausdruck für die Diffusionskapazität:

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4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode

Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert:

Zusammenhang: Leitwert - Diffusionskapazität

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Weiter 4.7

Graphische Verdeutlichung von rd und gd

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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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Bauelemente

8-Lagen Kupfer

MOS-Transistor

Bipolartransistor