11-1. PN přechod Tzv. “kontaktní jevy” vznikají na přechodu látek s rozdílnou elektrickou vodivostí a jsou základem prakticky všech polovodičových součástek. v přechodu PN (který vzniká na rozhraní polovodiče typy P a N) v přechodu MS (Metal - Semiconductor) (který vzniká na rozhraní kov – polovodič)
v přechodu MIS (Metal - Insolator - Semiconductor), (který vzniká na rozhraní kov - izolant – polovodič) …u tranzistorů řízených elektrickým polem Pozn. Uvedené struktury tvoří základ polovodičových diod a další kombinací přechodů lze vytvářet složitější struktury např. tranzistorové (PNP, NPN) a tyristorové (PNPN).
1
Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu
2
3
Přechod PN při připojení vnějšího napětí
4
Základní typy přechodů PN V našich předchozích úvahách jsme uvažovali symetrický přechod PN, v němž je koncentrace příměsí v obou oblastech polovodiče shodná. Přechodů PN se užívají v součástkách elektroniky. Nejenže typ přechodu určuje výrazně vlastnosti součástky, ale často jsou součástky nazývány podle typu struktury přechodu PN. Přechody PN lze rozdělit na: • homogenní, vytvořené v homogenním polovodiči, • heterogenní, vytvořené na hranici dvou polovodičů s rozdílnou šířkou zakázaného pásu.
5
Homogenní přechody PN, vytvořené v homogenním polovodiči dotací částí polovodiče akceptorovými a donorovými atomy mohou být podle množství dotujících látek : • symetrické, v nichž jsou oblasti P a N stejně dotovány příměsemi a v nichž je elektronová složka proudu přibližně rovna složce děrové,
• nesymetrické, s nestejně dotovanými oblastmi P a N, v nichž jedna složka proudu např. děrová (např. 100krát); 6
Zvláštní skupinu homogenních přechodů je PIN, v nichž je mezi oblasti P a N vytvořena vrstva intrinzického polovodiče I nebo velmi slabě dotovaného polovodiče, který se svými vlastnostmi polovodiči I blíží.
Použití:(mikrovlnné diody, fotodiody).
7
Heterogenní přechody PN jsou vytvořeny v polovodičích s různou šířkou zakázaného pásu.
• • • •
omezují vstup nosičů do okolních oblastí, vymezují uzavření nosičů uvnitř vymezených oblastí, mohou být využity k vymezení oblastí, kde dochází k absorpci nebo emisi optického záření, při různých indexech lomu materiálů heteropřechodu s rozdílnou šířkou zakázaného pásu mohou být využity k vytváření optických vlnovodů.
Použití:(BT, UT, laserové diody a fotodiody).
8
Voltampérová charakteristika přechodu PN Voltampérová charakteristika přechodu PN vyjadřuje závislost proudu a napětí v přechodu PN.
9
Vliv výchozího materiálu
10
Vliv teploty přechodu
11
Voltampérová charakteristika
Fotodiody
12
Fyzikální jevy v přechodu PN Mezi hlavní fyzikální jevy patří: • průrazy přechodu PN, • kapacita přechodu PN, • jevy svázané s procesem přepnutí přechodu PN z přímého do zpětného směru, • tunelový jev, • luminiscence a vnitřní fotoelektrický jev
13
Fyzikální jevy v přechodu PN Průrazy přechodu PN: Vzniká při určitém, dostatečně velkém napětí ve zpětném směru. Projeví se prudkým nárůstem proudu při malém zvýšení napětí. Podle fyzikální podstaty dělíme průraz na: • Tepelný • Elektrický (lavinový a Zenerův)
14
Elektrický průraz (lavinový a Zenerův)
15
Srovnání mechanismu způsobu překonání potenciálové bariery elektronem 1. Běžný (dodáním tepla) 2. Zenerův
16
MS přechod (kov – polovodič) nabývá stále většího významu při realizaci polovodičových součástek. Vlastnosti závisí na typu nevlastního polovodiče a kombinaci kovu. Lze získat přechod s dobrou elektrickou vodivostí. Použití: kontakty polovodičových prvků (např. kontakty oblastí P a N přechodu PN) (Aniž si to uvědomujeme, setkáváme se s ním na každém kontaktu polovodičových struktur, kde musí vykazovat minimální elektrický odpor a nesmí výrazně ovlivňovat vlastnosti struktury).
nebo jako usměrňující přechod (Schotkyho kontakt) 17
MS přechod (kov – polovodič)
18
MS přechod (kov – polovodič)
19
