Studijní text [pdf] - Personalizace výuky prostřednictvím e-learningu

Polovodičové diody
2.2.1 Přechod P-N bez vnějšího napětí
Předpokládejme nejdříve, že na přechod P-N není přiloženo napětí – obr. 2.2. Díky velkému
rozdílu v koncentracích děr (p) a elektronů (n) dochází k difúzi (pohybu) děr z P do N a také k difúzi
(pohybu) elektronů z N do P (difúzní proudy).
V oblasti přechodu (metalurgického) vznikne nábojová dvojvrstva (stejný náboj opačné
polarity) s vysokou intenzitou elektrického pole E (od kladného náboje k zápornému náboji). Tato
intenzita (driftový účinek) působí proti difúzi ( F q E - viz Coulombův zákon). Když se driftové
síly (proudy) a difúzní síly (proudy) vyrovnají, je přechod v rovnováze, neprotéká jím proud. Uvnitř
dvojvrstvy nejsou žádné volné náboje (proto ochuzená) a její šířka se „nastaví“ tak, aby právě nastala
rovnováha.
Náboj odčerpaný z oblasti odpovídá šířce ochuzené oblasti v N – x
N a hustotě náboje v N
(dáno koncentrací donorů v N – označuje se N D ). Náboj odčerpaný z oblasti P odpovídá šířce ochuzené
oblasti v P - x
P a hustotě náboje v P (dáno koncentrací akceptorů v P – označuje se N A ). Protože si
musí být náboje dvojvrstvy rovny, platí
x
P
N x N
(2.1)
A
N
D
P
metalurgický
přechod
E
N
difúze elektronů
X P X N
difúze děr
Obr. 2.2: Kvalitativní zobrazení poměrů v přechodu P-N bez vnějšího napětí
Při stejné koncentraci příměsí (dotaci) tedy platí N A = N D a také x N = x P .Při rozdílných
dotacích v P a N zasahuje ochuzená vrstva hlouběji do oblasti s nižší dotací. Například pro ND
N
A
(oblast N dotována méně) určíme, že
x
N
N
N
A A
xP
1
N
D
N
D
x
P
Ochuzená vrstva zasahuje hlouběji do oblasti N.
Napětí na ochuzené vrstvě („rovnováha“) se nazývá difúzní napětí U DIF a platí [2], že
k T
N
A
N
D
U ln
DIF
(2.2)
2
e ni
kde k = 1,38 ·10 -23 J·K -1 je Boltzmanova konstanta
30