lecture6-2011 - ‫הרצאה מס' 6‬ ‫דיודת...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: ‫הרצאה מס' 6‬ ‫דיודת צומת ‪p/n Junction Diode‬‬ ‫1‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪W‬‬ ‫ב.3 גרף פוטנציאל חשמלי‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫ידוע שהפוטנציאל הוא:‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪Ec‬‬ ‫‪V‬‬‫‪q‬‬ ‫לכן המשמעות הגרפית היא‬ ‫שהפוטנציאל הוא שיקוף של גרף‬ ‫פס ההולכה.‬ ‫נגדיר: מתח פנימי נבנה )נקרא גם מחסום‬ ‫פוטנציאל( )‪.Vo=Vbi (built-in‬‬ ‫‪E cn‬‬ ‫‪E fn‬‬ ‫0 ‪qV‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫‪E fp‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪E vn‬‬ ‫‪Vn‬‬ ‫פוטנצי‬ ‫0‪V‬‬ ‫‪Vp‬‬ ‫זהו מפל המתח על שכבת המיחסור ושווה להפרש‬ ‫הפוטנציאלים )‪ Vn‬ו- ‪ .(Vp‬כלומר:‬ ‫‪(1a) Vo Vn -Vp‬‬ ‫2‬ ‫פסי‬ ‫אנרגי‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪W‬‬ ‫ג. ביטוי למתח נבנה פנימי‬ ‫נשתמש בתכונות-נוסחאות הבאות:‬ ‫2/‪Ei=Ec-Eg‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪(1a) Vo Vn -Vp‬‬ ‫) ‪E cp -E cn -qVp -(-qVn‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫)‪(1b‬‬ ‫)‪(1c‬‬ ‫‪E cn‬‬ ‫‪E fn‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫0‪qV‬‬ ‫‪E fp‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪E vn‬‬ ‫‪Vn‬‬ ‫0‪V‬‬ ‫פוטנציאל‬ ‫‪Vp‬‬ ‫באיזור ‪ p‬הנטרלי, ריכוז החורים:‬ ‫באיזור ‪ n‬הנטרלי, ריכוז האלקטרונים:‬ ‫‪E ip E F‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪E F E in‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫מתוך נוסחאות 1 נקבל:‬ ‫3‬ ‫‪NAND‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪ ln‬‬ ‫‪(2) Vo Vbi ‬‬ ‫‪ q‬מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫2‪n i‬‬ ‫‪(1d) Ppo Na n i e‬‬ ‫‪(1e) n no Nd n i e‬‬ ‫סיכום:‬ ‫‪NA ND‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪(2) Vo Vbi ‬‬ ‫‪ ln‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪ni‬‬ ‫בשיווי משקל יש בדיודה מתח פנימי והוא תלוי רק בריכוז המזהמים.‬ ‫תכונות:‬ ‫1. המתח הפנימי לא יכול להיות גדול מפער האנרגיה‬ ‫‪Eg‬‬ ‫. ‪Vo ‬‬ ‫‪q‬‬ ‫2. לא ניתן למדוד את המתח ‪ Vo‬ישירות )אפשרי דרך האופיין או חישובים‬ ‫ייייאחרים(.‬ ‫אחת הסיבות היא שלמדידתו בעזרת מד-מתח נצטרך להעביר זרם בדיודה ואז היא‬ ‫לא תהיה בשיווי משקל.‬ ‫בדיודה מעשית סדר גודל של המתח הוא‬ ‫4‬ ‫.‬ ‫‪0.7 0.8V‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫ד. פילוג מטען ושדה חשמלי‬ ‫• ישנה חשיבות לדעת את פילוג המטען )היונים( בשכבת המיחסור,‬ ‫מאחר שהמטען יוצר תופעה קיבולית בדיודה.‬ ‫• כמו-כן חשוב לדעת מהו השדה החשמלי בצומת:‬ ‫1. אם השדה גבוה מאוד יכולה להיות פריצה ורצוי לדעת מתי תקרה פריצה.‬ ‫2. הניידות תלויה בשדה החשמלי.‬ ‫5‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫ד.1 פילוג מטען‬ ‫‪W‬‬ ‫נטפל עבור: ‪Nd>Na‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫:‬ ‫‪ ‬בתחום ‪0 X X n o‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪(3a) ρ q N ‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪x no‬‬ ‫הריכוז בשכבת המיחסור‬ ‫תלוי רק ביוני תורמים החיוביים.‬ ‫‪ ‬בתחום‬ ‫‪(3b) ρ q N ‬‬ ‫‪A‬‬ ‫)‪x (cm‬‬ ‫הריכוז בשכבת המיחסור‬ ‫תלוי רק ביוני תורמים השליליים.‬ ‫0‬ ‫‪n‬‬ ‫‪,X X‬‬ ‫0‬ ‫‪X X‬‬ ‫0‪ρ‬‬ ‫6‬ ‫‪- x po‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪qN‬‬ ‫‪D‬‬ ‫)‪(‬‬ ‫‪- xpo‬‬ ‫‪xno‬‬ ‫‬‫‪- qNA‬‬ ‫• מחוץ לשכבת המיחסור באיזור הנטרלי:‬ ‫‪p‬‬ ‫0‬ ‫)3‪ (Cb/cm‬‬ ‫‪Q q A xno ND‬‬ ‫0 ‪-:X p o X ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫)‪(‬‬ ‫‪Q q A xpo NA‬‬ ‫‪ A‬שטח חתך‬ p -x p x 0 o :‫ד.2 ביטוי לשדה החשמלי‬ n n x o ( C b /c m ) dE(x) ρ dx εrεo (4) 3 qN :‫נשתמש במשוואת פואסון‬ ‫ - קבוע דיאלקטרי‬ε o D ( ) - x po x (c m ) x no ( ) - qN A ( ε r(Si) 11.8) ‫ - מקדם דיאלקטרי של החומר‬ε r dE (5) E(x) xno - xpo 1 dx ε r εo -x po x 0 x :‫בתחום‬ :‫ מתוך 3 ונקבל‬ρ(x) ‫נציב‬ Eo E o E(x 0) (6a) dE E(x) (7a) 1 εrεo 0 qN D dx x -q E(x) NA x Eo εrεo ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ 7 ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪x‬‬ ‫באופן דומה:‬ ‫‪o‬‬ ‫‪x‬‬ ‫0‬ ‫‪‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪dE‬‬ ‫‪qN‬‬ ‫) ‪(‬‬ ‫)‪E(x‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪-x‬‬ ‫) 3 ‪ ( C b /c m‬‬ ‫בתחום: ‪0 x x n o‬‬ ‫1‬ ‫‪ qN D dx‬‬ ‫0 ‪εrεo‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪‬‬ ‫)‪(6b‬‬ ‫‪- x po‬‬ ‫) ‪x (c m‬‬ ‫‪x no‬‬ ‫)0 ‪E o E(x ‬‬ ‫‬‫‪A‬‬ ‫) ‪(‬‬ ‫‪- qN‬‬ ‫)‪E(x‬‬ ‫נציב )‪ ρ(x‬מתוך 3 ונקבל:‬ ‫‪q‬‬ ‫‪ND x Eo‬‬ ‫‪εrεo‬‬ ‫‪E(x) ‬‬ ‫‪x‬‬ ‫)‪(7b‬‬ ‫‪xno‬‬ ‫‪- xpo‬‬ ‫‪Eo‬‬ ‫מסקנות:‬ ‫• השדה בשכבת המיחסור משתנה ליניארית עם ‪ x‬ומקסימלי בצומת.‬ ‫• השדה הוא שלילי )בכיוון ‪.( - x‬‬ ‫8‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ (7a) -q E(x) NA x Eo εrεo E(x x po ) 0 (8a) (8b) :‫חישוב שדה מקסימלי‬ E(x) xno - xpo ‫נציב תנאי שפה‬ E max q N A x po Eo εrεo E max -q Eo N D x no εrεo x Eo :‫ונקבל‬ ‫(7 נקבל‬b) ‫באופן דומה מתוך‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ 9 ‫‪W‬‬ ‫‪Nd>Na‬‬ ‫ה. ביטוי לרוחב שכבת המיחסור‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫ה.1: תכונות רוחב חדירת שכבת המיחסור לכל צד:‬ ‫מתוך השוואת‬ ‫)‪(8a) (8b‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪o‬‬ ‫נקבל:‬ ‫‪NA‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ x n o N D x po N A‬‬ ‫‪ND‬‬ ‫‪x no‬‬ ‫‪x po‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪x‬‬ ‫)9(‬ ‫‪x‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪‬‬ ‫0‬ ‫)‪E(x‬‬ ‫‪xno‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪-x‬‬ ‫‪- xpo‬‬ ‫‪Eo‬‬ ‫הערה תכונה זו גם מתקבלת מהשוואת המטען: ) ‪(Q Q q A x n o N D =q A x n o N D‬‬ ‫רוחב השכבה:‬ ‫‪W x n o x po‬‬ ‫)‪(9a‬ ‫נבצע מניפולציות מתמטיות עם )9( ו- )‪ (9a‬ונקבל:‬ ‫‪ND‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪NA ND‬‬ ‫01‬ ‫‪x po‬‬ ‫)‪(10b‬‬ ‫‪NA‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪NA ND‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪x no‬‬ ‫)‪(10a‬‬ W p -x p o ‫ה.2. ביטוי לרוחב שכבת המיחסור‬ E(x) 0 n x xno - xpo (11) x n o dV E dx x :‫נשתמש בתכונה‬ E(x)dx dV(x) :‫נבצע אינטגרציה‬ Eo x no (12) -x p o (14) Vo W2 Eo (13) Vn E(x)dx dV(x) (Vn Vp ) V0 Vp 1 Eo W Vo Vn Vp 2 : ‫ מתוך 01 , ונקבל‬Xpo ‫ או‬Xno (15) 2ε r ε o 1 1 W Vo N A N D q ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ :‫ונקבל‬ - ‫ מתוך )8( ו‬E0 ‫נציב‬ 1 2 11 ‫2‬ ‫1‬ ‫‪ 2ε r ε o‬‬ ‫1‪‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪Vo ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ NA N D ‬‬ ‫‪q‬‬ ‫)51(‬ ‫סיכום:‬ ‫אם נתונה דיודת צומת וידועים ‪,, ,,ND , NA‬אזי ניתן לדעת את המתח הפנימי ‪Vo‬‬ ‫ואת רוחב שכבת המיחסור ‪W‬‬ ‫כמו-כן, נוכל לחשב את עומק החדירה לכל צד .‬ ‫‪ND‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪NA ND‬‬ ‫21‬ ‫‪x po‬‬ ‫)‪(10b‬‬ ‫‪NA‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪NA ND‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪x no‬‬ ‫)‪(10a‬‬ ‫הסבר לעקמומיות פרבולית של הפוטנציאל ופסי אנרגיה באיזור שכבת מיחסור:‬ ‫‪W‬‬ ‫‪‬בשכבת המיחסור:‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪‬פילוג מטען קבוע‬ ‫‪x‬‬ ‫‪‬אינטגרל עליו ייתן פילוג שדה חשמלי ליניארי‬ ‫‪‬אינטגרל עליו ייתן פילוג פוטנציאל פרבולי‬ ‫‪‬לכן גם פילוג אנרגיה פוטנציאלית ופסי‬ ‫אנרגיה פרבולית .‬ ‫‪E cn‬‬ ‫‪E fn‬‬ ‫‪x no‬‬ ‫0‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪‬‬ ‫0‬ ‫‪- x po‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫‪qV‬‬ ‫‪E fp‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪E vn‬‬ ‫‪Vn‬‬ ‫הערות:‬ ‫0‪V‬‬ ‫פוטנציאל‬ ‫1. נקודת הפיתול של הפרבולה תהיה בדיוק בצומת.‬ ‫2. באיזור מחוץ לשכבת המחסור פסי האנרגיה אופקיים.‬ ‫הערה-תכונה: בצומת משופעת, בשכבת המיחסור: פילוג המטען ליניארי, פילוג‬ ‫השדה פרבולי, פילוג הפוטנציאל ופסי האנרגיה כ – 3‪. x‬‬ ‫31‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪p‬‬ ‫‪V‬‬ ...
View Full Document

Ask a homework question - tutors are online