U BR < 4E G /q -saturační proud ovlivňuje nárazovou ionizaci. Šířka přechodu: w Ge 0,7 w Si (pro N D,A,Ge N D,A,Si ); vliv U D.



Podobné dokumenty
Polovodičové diody Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 4

Otázka č. 3 - BEST Aktivní polovodičové součástky BJT, JFET, MOSFET, MESFET struktury, vlastnosti, aplikace Vypracovala Kristýna

Sada 1 - Elektrotechnika

1 Polovodiče základní pojmy, vlastnosti. Přechody, diody, jejich struktura, vlastnosti a aplikace.

V nejnižším energetickém stavu valenční elektrony úplně obsazují všechny hladiny ve valenčním pásu, nemohou zprostředkovat vedení proudu.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Neřízené polovodičové prvky

2.3 Elektrický proud v polovodičích

7. Elektrický proud v polovodičích

Elektrický proud v polovodičích

7. Elektrický proud v polovodičích

Polovodiče, dioda. Richard Růžička

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

5. Vedení elektrického proudu v polovodičích

Metodický návod: 5. Zvyšování vnějšího napětí na 3 V. Dochází k dalšímu zakřivování hladin a rozšiřování hradlové vrstvy.

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

r W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes.

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Dioda - ideální. Polovodičové diody. nelineární dvojpól funguje jako jednocestný ventil (propouští proud pouze jedním směrem)

Elektřina a magnetizmus polovodiče

Tranzistory. tranzistor z agnl. slova transistor, tj. transfer resisitor. Bipolární NPN PNP Unipolární (řízené polem) JFET MOS FET

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

8. Úvod do fyziky pevných látek

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (40) Zveřejněno N

Polovodiče. Co je polovodič? Polovodiče jsou látky, jejichž rezistivita leží při obvyklých teplotách v intervalu 10 Ω m až 8

Fakulta biomedic ınsk eho inˇzen yrstv ı Teoretick a elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhl ıˇr, CSc. L eto 2017

Základy elektrotechniky

Polovodičové diody Definice

FEKT VUT v Brně ESO / P9 / J.Boušek 1 FEKT VUT v Brně ESO / P9 / J.Boušek 2. Uzemněné hradlo - závislost na změně parametrů

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Polovodičové senzory. Polovodičové materiály Teplotní závislost polovodiče Piezoodporový jev Fotonové jevy Radiační jevy Magnetoelektrické jevy

11. Polovodičové diody

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

VY_32_INOVACE_ELT-1.EI-18-VODIVOST POLOVODICU. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Výstupní práce Materiály a technologie přípravy M. Čada

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

Nezkreslená věda Vodí, nevodí polovodič? Kontrolní otázky. Doplňovačka

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

U01 = 30 V, U 02 = 15 V R 1 = R 4 = 5 Ω, R 2 = R 3 = 10 Ω

Polovodiče ELEKTROTECHNIKA TO M Á Š T R E J BAL

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Téma: Číslo: Anotace: Prosinec Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_16_Unipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ III.

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_18_Technologie polovodičových součástek. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

2.6. Koncentrace elektronů a děr

11-1. PN přechod. v přechodu MIS (Metal - Insolator - Semiconductor),

VY_32_INOVACE_ELT-1.EI-20-VYROBA INTEGROVANEHO OBVODU. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

TYRISTORY. Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor

Technologie CMOS. Je to velmi malý svět. Technologie CMOS Lokální oxidace. Vytváření izolačních příkopů. Vytváření izolačních příkopů

Fotovoltaické systémy

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

3.5. Vedení proudu v polovodičích

Fotovoltaický článek. Struktura na které se při ozáření generuje napětí. K popisu funkce se používá náhradní schéma

Struktura a vlastnosti kovů I.

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

Součástky s více PN přechody

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_16_ZT_E

MASARYKOVA UNIVERZITA. Ústav fyziky kondenzovaných látek FYZIKA POLOVODIČŮ PŘECHOD PN. Radomír Lenhard

5 Monolitické integrované obvody

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

způsobují ji volné elektrony, tzv. vodivostní valenční elektrony jsou vázány, nemohou být nosiči proudu

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy. Odporové senzory

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

FET Field Effect Transistor unipolární tranzistory - aktivní součástky unipolární využívají k činnosti vždy jen jeden druh majoritních nosičů

Title: IX 8 7:40 (1 of 7)

Úvod do moderní fyziky. lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Senzory ionizujícího záření

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Polovodiče TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Obr Teplotní závislost intrinzické koncentrace nosičů n i [cm -3 ] pro GaAs, Si, Ge Fermiho hladina Výpočet polohy Fermiho hladiny

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Polovodičové součástky

VLIV PARAMETRŮ LASEROVÉHO POVRCHOVÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU OCELÍ

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

Přednáška 3. Napařování : princip, rovnovážný tlak par, rychlost vypařování.

TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ II.

Transkript:

Napěťový průraz polovodičových přechodů Zvyšování napětí na přechodu -přechod se rozšiřuje, ale pouze s U (!!) - intenzita elektrického pole roste -překročení kritické hodnoty U (BR) -vzrůstu závěrného proudu, průraz Mechanismus průrazu ovlivňuje šířka a typ přechodu a materiál polovodiče Základní rozdělení -průraz tunelový (Zenerův) -průraz lavinový -průraz tepelný -průraz povrchový FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 1 Tunelový průraz Velmi úzký přechod (= potenciálová bariéra) - pravděpodobnost tunelování. Dostatek elektronů na jedné straně bariéry a dostatek volných stavů na stejné energetické úrovni na druhé straně bariéry. Tunelování může probíhat v propustném i v závěrném směru. Závislost na materiálu vliv E G Ge: U D 0,25 V ; E krit =2,2 3 10 7 Vm -1 ; U BR < 2,8 V Si: U D 0,6 V ; E krit =1,2 1,4 10 8 Vm -1 ; U BR < 4,5 V U BR < 4E G /q -saturační proud ovlivňuje nárazovou ionizaci. Šířka přechodu: w Ge 0,7 w Si (pro N D,A,Ge N D,A,Si ); vliv U D. FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 2 P Tunelový průraz v závěrném směru neobsazené stavy minoritní elektrony majoritní elektrony hustota stavu P N A, N D >10 17 cm -3 d Tunelový průraz v propustném směru Poloha E F u velmi bohatě dotovaných polovodičů: - ve valenčním pásu u P typu - ve vodivostním pásu u N typu majoritní N díry minoritní díry energetické stavy obsazené elektrony E C E F E i E V qu R tunelování N w E C E F E i E V Oboustranně velmi bohatě dotovaný přechodu PN: - ohyb pásů je velký (velké difúzní napětí) - obsazené stavy ve vodivostním pásu N a volné stavy v P - existuje možnost tunelování v propustném směru - tunelová dioda - záporný diferenciální odpor (a) u = 0 R (b) u > U R Z E G se s rostoucí teplotou zmenšuje (Si: 2,8.10-4 ev/k): -průrazné napětí klesá záporný teplotní součinitel FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 4 Tunelový průraz v propustném směru U=0 Tunelový průraz v propustném směru Překrytí volných a obsazených hladin: U>0 U>0 maximální zmenšuje se V termodynamické rovnováze U<0 U>0 U>0 U>0 minimální žádné Tunelování v závěrném směru Tunelování v propustném směru Difúze přes potenciálovou bariéru FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 5 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 6 1

Lavinový průraz přechodu PN Přechod je mnohem širší než střední volná dráha elektronu: Nosiče získají v elektrickém poli energii pro nárazovou ionizaci atomů krystalové mříže - generaci párů elektron-díra. U širokých přechodů může dojít k několika srážkám za sebou: Množství nosičů vzniklých ionizací lavinově roste. s 1 M r U 1 U R ( BR ) (n je empirický exponent) n Multiplikační činitel s nosiče vstupující r nosičů vystupující U R U (BR) napětí na přechodu průrazné napětí Lavinový průraz přechodu PN Průrazné napětí: - s rostoucí koncentrací příměsí klesá - závisí na gradientu koncentrace (rozložení elektrického pole) - u jedné diody až do 3000 V, pro větší U BR sériové řazení diod Vliv teploty: - kmity krystalové mříže brání pohybu nosičů - získání energie k ionizaci = větší intenzita elektrického pole -průrazné napětí s teplotou roste (kladný teplotní součinitel) FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 7 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 8 Lavinový průraz přechodu PN Lavinový průraz přechodu PN Lavinový průraz má většina polovodičových přechodů. Čistě lavinový průraz jen pro U BR > 6E G /q (Si: U R > 6,7 V ; Ge U BR > 4,2 V pro Ge) Pro 4E G /q < U BR < 6E G /q : - lavinový + tunelový průraz současně - teplotní závislosti se navzájem kompenzují. - využití pro referenční stabilizační diody : U BR 5,6 V FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 9 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 10 Ztrátový výkon způsobený závěrným proudem: P j = U R I R T j T Pa R th Tepelný průraz přechodu PN a Odvod tepla chlazením T j, T a teplota přechodu PN, teplota okolí R th...tepelný odpor mezi přechodem a okolím. Kladná zpětné vazba : Vzniklé teplo je větší než odváděné!!!!! Teplota přechodu se zvyšuje větší ztrátový výkon nadměrný ohřev přechodu závěrný proud roste tepelný průraz. FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 11 Tepelný průraz přechodu PN Závěrný proud ( P j ) roste s teplotou exponenciálně. Odváděný výkon (P a ) závisí na teplotě lineárně. Podmínka stabilního stavu Nad T kr - generované teplo je větší než odváděné T op až T kr - odváděné teplo je větší než teplo generované T j = T op - stabilní stav Pj Pa < T T FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 12 j j 2

Tepelný průraz přechodu PN Ohřev struktury (T i intrinsická teplota): T =T i..začnou se uplatňovat tepelně generované nosiče T>Ti..generace nosičů nezávisí na velikosti elektrického pole Lokální růst teploty mesoplasma lokální zvýšení proudové hustoty druhý průraz (second breakdown) Poškození struktury druhým průrazem: - teplota mesoplasmy ( T m ) překročí teplotu tání křemíku - T m překročí eutektickou teplotu slitiny křemíku s kontaktem - tepelný šok, porušení krystalické mřížky, praskliny Řešení - rovnoměrné rozdělení proudové hustoty : - dobrá geometrie přechodu + minimum poruch - dobré lavinové vlastnosti přechodu (lavinová dioda) - významné u tranzistorů a výkonových diod Povrchový průraz přechodu PN Povrch polovodiče: - nečistoty a poruchy - nerovnoměrné rozložení elektrického pole - lokální průrazy - rozvinutí lokálních průrazů do celého přechodu Pasivace povrchu homogenní vrstvou s definovanou vodivostí: - rovnoměrné rozložení elektrického pole - nevznikají lokální průrazy Poznámka: Povrchový průraz obvykle nelze diagnostikovat multimetrem. Je zapotřebí napětí v řádu 100 V. FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 13 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 14 - slitinová technologie - Pro vytvoření oblasti tyu P v materiál typu N se používá indium (In, trojmocný kov, taje při 155 o C ; Al tvoří rekombinační centra) Postup: - nanesení india na část substrátu N - žíhání v inertní atmosféře (Ge - 550 C) - roztavení a vytvoření slitiny - vychladnutí a rekrystalizace - slitinová technologie - Část india zůstává v substrátu N. Inverzní oblast s vodivostí typu P. Jednoduchá technologie. Malá reprodukovatelnost výroby. Přechod PN (strmý). FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 15 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 16 - difúzní technologie MESA - Typ vodivosti se mění pomocí difúze dotujících příměsí do substrátu z plynné fáze ( je možné i z kapalné nebo pevné) Teplota difúze: 1100 O 1200 O C Hloubka difúze: 1 až 15 µm Hloubka difúze se řídí se časem: 1µm / hod. Reprodukovatelné dodržení teploty!!!!!!! (± 0,5 K?) Pozvolný přechod PN, s velmi dobrou reprodukovatelností. - difúzní technologie MESA - Technologie MESA - malá kapacita přechodu - odleptání části přechodu - velké průrazně napětí (výkonové diody) Připomíná obrys Stolové hory - Mesa - španělský název FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 17 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 18 3

- planární technologie - Planární (rovinný) přechod PN se vyrábí selektivní difúzí přes oxidové masky za použití litografických technik. Technologický proces probíhá hromadně: - oxidace povrchu SiO 2 (v atmosféře O 2 nebo H 2 O) - nanesení fotorezistu (želatinová emulze citlivá na osvětlení) - osvětlení přes fotolitografickou masku vytvrzení fotorezistu - odstranění nevytvrzeného rezistu rozpouštědlem - vyleptání otvorů v SiO 2 (přes otvory ve fotorezistu) - difúze příměsí do nezakrytého křemíku - překrytí otvoru vrstvou Al (napaření, naprášení) - přibodování vývodní elektrody (obvykle Au drát) Přechod PN krytý (pasivovaný) oxidem ochrana + stabilita parametrů FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 19 - planární technologie - FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 20 - planární technologie - Výhody planární technologie: - hromadná ( levná ) výroba - malý rozptyl parametrů) - epitaxně-planární technologie - Problém: - objemový odpor substrátu velký sériový odpor - silně dotovaný substrát malé závěrné napětí, poruchy - pro každý typ součástky jiný substrát - vliv poruch a nečistot v substrátu Řešení: Na substrát s velkou vodivostí se nechá narůst vrstva se stejnou krystalografickou strukturou EPITAXNÍ VRSTVA. Epitaxní vrstva může mít libovolnou koncentraci příměsí P nebo N. Přechod PN se vytváří v této vrstvě planární technologií. FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 21 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 22 - epitaxně-planární technologie - Epitaxní vrstva roste velmi pomalu při teplotě blízké teplotě tání. Částice mají dostatek času a energie pro migraci po povrchu krystalu a hledání energeticky nejvýhodnějších poloh: v monokrystalu!!!! Epitaxní vrstva: - kopíruje krystalografickou orientaci podložky - může mít požadovaný typ vodivost - může mít měně nečistot a poruch než podložka - Schotkyho dioda - Změna typu vodivosti (inverze) v těsné blízkosti kovového kontaktu: - elektrony přecházejí jako majoritní nosiče do kovu - ihned rozptýlí a nevytvoří nadbytečné nosiče - z kovu do oblasti N nemohou přecházet díry - není akumulace minoritních nosičů Podložky pro epitaxi - velká vodivost - malý objemový odpor: - při velké koncentraci příměsí se neuplatní řada poruch - výroba ve velkém objemu stačí několik typů jsou levné!!!!!! FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 23 FEKT VUT v Brně ESO / P4 / J.Boušek 24 4

5

6

7

8

9