http://www.eet.bme.hu

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemElektronikus Eszközök Tanszéke

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

A pn

átmenet működése: Sztatikus viszonyok http://www.eet.bme.hu/~poppe/miel/hu/04-dioda1.ppt

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 2

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A félvezető dióda

► Amit eddig tanultunk róla► Hogy

készül?

► Hogy műküdik?

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 3

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Diódák –

amit eddig tanultunk ► …dióda egy félvezetőgyártó

adatlapján:

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 4

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A dióda fontosabb tulajdonságaiEgyenirányít!

Záró

tartomány(reverse)

I ~ 10-12

A/mm2(Si, T=300 K)

Nyitó

tartomány(forward)

I ~ exp(U/UT

)

A karakterisztika fogalma

I = f(U)stacionárius

VF

≈0.7 V

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 5

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A dióda fontosabb tulajdonságaiSzimbólum, mérőirány

UI

A

K

p

n

anód

katód

UF

vagy VF

nyitó

feszültség (forward voltage)

IF

nyitó

áram (forward current)

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 6

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A dióda fontosabb tulajdonságaiDinamikus

tulajdonságok:

kapacitás, véges működési

sebesség

Másodlagos

jelenségek

például: "letörés"

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 7

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A dióda kivitele

Kiindulás: Si egykristály

szeletOxidálás, ablaknyitás, n diffúzió, fémezésDarabolás, felforrasztás, tokozás

"pn junction"

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 8

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A dióda kivitele

–

adalékprofil

Adalékprofil:

adaléksűrűség a mélység

függvényében

metallurgiai átmenet

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 9

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Vizsgálati módszerünk1. Egydimenziós

vizsgálat, “kihasított

hasáb”

2. Homogén

adalékolás, “abrupt”

profil

3. Egyik

oldal

erősebbenadalékolt(legyen

ez

az

n oldal) Nd

>> Na

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 10

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Két külön darab:► Fermi szintek az intrinsic szinthez képest az

adalékolásnak megfelelően eltolódnak:

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 11

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

PN átmenet► A P és az N oldal között potenciál lépcső

alakul ki.

Ez pont akkora lesz, hogy kiegyenlítődjön a Fermi- szint

Mindkét

oldal

többségi

hordozói

áramolnak

a túloldal

felé,

amíg

a Fermi-szint

ki

nem

egyenlítődik.

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 12

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Elektrosztatikus viszonyok

Kiürített

rétegek

(tértöltés

rétegek): töltés

kettősréteg

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 13

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

UUU Dnp −=UUUUUUU

pffnnp

pffnD

−=++

=++ 0

Érintkezési és diffúziós potenciál

A huroktörvény értelmében:

Ufn

fém –

n-Si kontakt potenciálUD

diffúziós potenciál a p és n oldal közöttUpf

p-Si –

fém kontakt potenciál

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 14

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A diffúziós potenciál számítása

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

kTWWnn inFin exp

i

ninF n

nkTWW ln=−

i

pipF n

nkTWW ln=−

nn

, pn

pp, np

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 15

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A diffúziós potenciál számításai

ninF n

nkTWW ln=−

i

pipF n

nkTWW ln=−

2lni

adTD n

NNUU =„beépített”

potenciál„built-in”

voltage

p

ninip n

nkTWW ln=−

2lnlni

pn

p

nipinD n

pnq

kTnn

qkT

qWW

U ==−

−=

pip pnn /2=

tömeghatás tv.

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 16

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

A diffúziós potenciál számítása2lni

adTD n

NNUU =

PÉLDA Egy

abrupt Si dióda

adalék

adatai:Nd

=1018/cm3, Na

=1016/cm3.Határozzuk

meg a diffúziós potenciál értékét

szobahőmérsékleten!

VUD 838.010ln026.0101010ln026.0 1420

1618

=⋅⋅

⋅=

Nyilván

UD < Ug, , általában 70-80 %-a.

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 17

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Számítások a kiürített rétegre

p

n

d

a

SS

NN

=

A gyengébben adalékolt

oldalon

szélesebb

a kiürített réteg.

apdn NSqNSq =

A két töltés egyenlő

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 18

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Számítások a kiürített rétegre

ερ

=dxdE

dxdUE −=

pa SNqE

ε=max

( ) ppnnp SESSEU maxmax 21

21

≅+=

2

21

pa

np SNqUε

=

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 19

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Számítások a kiürített rétegre 2

21

pa

np SNqUε

=

pa SNqE

ε=max

UUNq

UNq

S Da

npa

p −==εε 22

pd

an SN

NS =

UUNqUUNq

NqE DaDa

a −=−=ε

εε

22max

2011-09-23 Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 20

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Számítások a kiürített rétegre UU

NqU

NqS D

anp

ap −==

εε 22p

d

an SN

NS =

PÉLDA Egy

abrupt Si dióda

adalék

adatai:Nd

=1018/cm3, Na

=1016/cm3.Határozzuk

meg a kiürített rétegek szélességét!

(εr

=11,8, U=0V)

mS p μ331,0838,010106,11086,88,112

2219

12

=⋅⋅⋅⋅⋅

= −−

mSn μ003,0=

És ha U= -100V ?

mS p μ63,3838,0100838,0331,0 =+⋅=

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306A félvezető dióda Diódák – amit eddig tanultunk A dióda fontosabb tulajdonságaiA dióda fontosabb tulajdonságaiA dióda fontosabb tulajdonságaiA dióda kiviteleA dióda kivitele – adalékprofilVizsgálati módszerünkKét külön darab:PN átmenetElektrosztatikus viszonyokÉrintkezési és diffúziós potenciálA diffúziós potenciál számításaA diffúziós potenciál számításaA diffúziós potenciál számításaSzámítások a kiürített rétegre Számítások a kiürített rétegre Számítások a kiürített rétegre Számítások a kiürített rétegre