Ηλεκτρονική. Ενότητα: 2 Η επαφή pn. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Transcript

1 Ηλεκτρονική Ενότητα: Η επαφή Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creatve Commos. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

4 Περιεχόμενα ενότητας (1/) Η δομή του ημιαγωγού Ενδογενής ημιαγωγός Οπές και ηλεκτρόνια Ημιαγωγός με προσμίξεις: τύπου τύπου Μηχανισμοί αγωγιμότητας του ημιαγωγού 4

5 Περιεχόμενα ενότητας (/) Η επαφή : χωρίς πόλωση ορθά πολωμένη ανάστροφα πολωμένη Το φαινόμενο της κατάρρευσης της επαφής Η χαρακτηριστική τάσης ρεύματος της διόδου επαφής 5

6 H επαφή 6

7 Η κρυσταλλική δομή του ημιαγωγού Η μοναδιαία κυψελίδα του κρυστάλλου πυριτίου (δομή διαμαντιού) Οι δεσμοί μεταξύ τεσσάρων πλησιέστερων γειτόνων Άποψη του κρυσταλλικού πλέγματος κατά μήκος ενός κρυσταλλογραφικού άξονα 7

8 Ενδογενές πυρίτιο 8

9 Οι ενεργειακές ζώνες του πυριτίου Ζώνη Σθένους Ζώνη Αγωγιμότητας Ενεργειακό Χάσμα Τα ηλεκτρόνια σθένους σε θερμοκρασία 0 0 Κ B 3 ex EG k Δημιουργία ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 9

10 Διάχυση και ολίσθηση φορέων Ρεύμα διάχυσης οπών και ηλεκτρονίων / ) ( / ) ( cm A x q x q j cm A x q x q j dff dff Ρεύμα διάχυσης και ολίσθησης οπών και ηλεκτρονίων x q E q j x q E q j Ηλεκτρική αγωγιμότητα του ημιαγωγού ) ( q 10

11 Ημιαγωγοί με προσμίξεις Ημιαγωγός τύπου Ημιαγωγός τύπου N N N N A A 11

12 Οι ενεργειακές ζώνες των ημιαγωγών με προσμίξεις Ημιαγωγός τύπου ή με προσμίξεις δότου. Ηλεκτρόνια από την ενεργειακή στάθμη Ε εύκολα μετακινούνται στη ζώνη αγωγιμότητας. Ημιαγωγός τύπου ή με προσμίξεις αποδέκτη. Ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους εύκολα καταλαμβάνουν την ενεργειακή στάθμη Ε Α και δημιουργούν οπές στη ζώνη σθένους. 1

13 Η επαφή χωρίς πόλωση (ανοιχτό κύκλωμα) V(x) V V 0 d V dx E dv dx dx V Edx Πυκνότητα φορτίου Ηλεκτρικό πεδίο Δυναμικό N AN V0 V l( ) W de s q 1 N A 1 N V 0 V C jo A Φραγμός δυναμικού s N AN q N A N 1 V 0 13

14 Η επαφή ανάστροφα πολωμένη Ανάστροφη πόλωση σημαίνει εφαρμογή εξωτερικής τάσης υ <0: Ο φραγμός δυναμικού αυξάνεται Τα ηλεκτρόνια και οι οπές πλειονότητας διασχίζουν δύσκολα την επαφή Η διάχυση μειώνεται Το ρεύμα ολίσθησης δεν μεταβάλλεται καθώς υπάρχει μικρή τροφοδοσία σε φορείς μειονότητας 0 dffuso drft drft 14

15 Η επαφή στην περιοχή κατάρρευσης Φαινόμενο Zeer V R <5V Φαινόμενο χιονοστιβάδας V R >7V 15

16 Η επαφή ορθά πολωμένη (1/) Ορθή πόλωση σημαίνει εφαρμογή εξωτερικής τάσης υ >0: Ο φραγμός δυναμικού μειώνεται Τα ηλεκτρόνια και οι οπές πλειονότητας διασχίζουν εύκολα την επαφή Χαλάει η ισορροπία μεταξύ διάχυσης και ολίσθησης Εμφανίζεται ρεύμα στους ακροδέκτες dffuso drft 0 16

17 Η επαφή ορθά πολωμένη (/) ( x ) 0 e V / V ( x ) 0 [ ( x ) 0 ] e ( x x ) / L Κατανομή της συγκέντρωσης των φορέων μειονότητας κοντά στην περιοχή απογύμνωσης στην ορθά πολωμένη επαφή Αποδεικνύεται ότι το ρεύμα οπών είναι ανάλογο του ολικού πλεονάζοντος φορτίου οπών που αποθηκεύεται στην περιοχή. q A( L 0 q L 0 )( e V / V 1) Aq ( L N L N A )( e V / V 1) S ( e V / V 1) 17

18 Το ρεύμα της διόδου συναρτήσει της τάσης πόλωσης Ορθή πόλωση Μηδενική πόλωση s s s V 4,για V ex V ex s s s s V 4,για V ex 1 V ex Ανάστροφη πόλωση Συμβολισμός της διόδου 18

19 Τέλος Ενότητας