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