Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1960, H. 5 - Halvledarkomponenter, av Per Olof Leine och Gunnar Markesjö
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
ning (1,61 • 10~M C), k Bolzmanns konstant
(1,38-10"23 Ws/°K) och T absoluta
temperaturen (°K).
pn-dioden
Transistorer och andra halvledarkomponenter
är som regel uppbyggda av kristaller
innehållande ett antal pn-övergångar, dvs. gränsskikt
mellan områden av olika ledningstyp.
Då områden med olika ledningstyp gränsar
mot varandra i en kristall, kommer inre
potentialbarriärer att uppstå. Fermi-nivån ligger
fast till de yttre anslutningarna, men
energigapets läge beror enligt fig. 1 av dopningen.
I en pn-övergång i termisk balans, fig. 2, är
det antal elektroner i n-skiktet som förmår
tränga över potentialbarriären lika stort som
antalet elektroner i p-skiktet och motsvarande
blir förhållandet med hålen i valensbandet.
Lägger man nu på en spänning U i
framrikt-ning’ över pn-övergången, kommer
potentialbarriären att minska med motsvarande belopp.
En laddningsobalans inträder såväl för
elektroner som hål med diffusionsströmmar som följd.
Enligt ekv. (1) blir laddningsobalansen för
hålen i valensbandet
/I p= p(V) — p(V—I/) = p(V) • (eßE/_1).
Motsvarande samband gäller även för
elektronerna i ledningsbandet. Den totala
diffusions-strömmen vid pålagd spänning U blir därför
;=/»(eßü-l) (2)
Ekv. (2) kallas "diodekvationen" och kan
tydas på följande sätt, fig. 3.
Vid termisk balans diffunderar en del av de
termiskt alstrade hålen i n-skiktet till
p-skiktet. De är minoritetsbärare i n-skiktet och
hindras ej av potentialbarriären. Detta
motsvarar I0 i ekv. (2). En kompenserande hålström
från p-skiktet förmår tränga över barriären till
n-skiktet, ty koncentrationen av hål på högre
energinivåer är lika stor på p-sidan som på
n-sidan.
Vid en pålagd framspänning enligt fig. 3 b
förmår en stor mängd hål från p-sidan tränga
över barriären in på n-sidan. I detta fall
dominerar första termen i ekv. (2).
Vid en pålagd backspänning hindras så gott
som samtliga hål från p-skiktet av
potentialbarriären. Endast den termiska strömmen Iu
flyter.
Samma resonemang är tillämpligt även för
elektronerna i ledningsbandet och ekv. (2)
anger summan av dessa diffusionsströmmar.
Det område, vilket potentialbarriären upptar,
spärrskiktet, är tunnare ju hårdare dopade de
angränsande områdena är. Detta beror på att
spärrskiktet byggs upp av de fasta laddningar,
som störatomerna besitter, sedan de har
joniserats. Spärrskiktets bredd beror även av den
pålagda spänningen. Den ökar vid
backspänning och minskar vid framspänning.
En pn-diod följer i praktiken ekv. (2) relativt
väl för små strömmar. Vid höga framströmmar
erhålles ett större spänningsfall över dioden än
vad ekv. (2) anger, beroende på resistiva
spänningsfall i halvledarmaterial och
elektrodan-slutningar. I backriktning medför lavineffekt
en strömökning, fig. 4 a.
För att minska resistiviteten i skikten och
därigenom nå höga framströmmar, kan man dopa
skikten starkt. Detta medför emellertid ett tunt
spärrskikt med hög fältstyrka och lavineffekt
som följd. För att öka spänningståligheten,
inför man därför ett lågdopat område mellan
p- och n-skikten, så att spärrskiktet breder ut
sig och kan uppta högre spänningar.
Det är den termiskt alstrade backströmmen I0
som bär det huvudsakliga ansvaret för
pn-diodens temperaturberoende. I„ beror av det
antal elektroner, som frigörs av värmen och
är i stort sett exponentiellt beroende av
temperaturen.
lo ^ e
(ß0
. C (T - To)
(3)
där Eg är energigapet (ca 0,7 V för germanium
och ca 1,0 V för kisel), ü0 en konstant q/kT0,
p- n-
ledande ledande
P- ! n-
ledande ! ledande i
P- J n-
ledande \ ledande
Potential
aJ
bj
Fig. 3. pn-diod, a vid termisk balans, b förspänd i framriktning, c
förspänd i backriktning. Fördelningskurvorna är för enkelhets skull ritade
i samma plan som ledningsbanden och abskissorna representerar
därför dels läge i kristallen, dels laddningstäthet.
82 TEKNISK TIDSKRIFT 1960 H. 5
Potential
Fig. 2.
pn-över-gång vid termisk
balans.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
