Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Sztatikus viszonyok

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A félvezető dióda ► Amit eddig tanultunk róla ► Hogy készül? ► Hogy műküdik? Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Diódák – amit eddig tanultunk ► …dióda egy félvezetőgyártó adatlapján: Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A dióda fontosabb tulajdonságai Egyenirányít! Záró tartomány (reverse) I ~ A/mm 2 (Si, T=300 K) Nyitó tartomány (forward) I ~ exp(U/U T ) A karakterisztika fogalma I = f(U) stacionárius V F  0.7 V Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A dióda fontosabb tulajdonságai Szimbólum, mérőirány UI A K p n anód katód U F vagy V F nyitó feszültség (forward voltage) I F nyitó áram (forward current) Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A dióda fontosabb tulajdonságai Dinamikus tulajdonságok: kapacitás, véges működési sebesség Másodlagos jelenségek például: "letörés" Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A dióda kivitele Kiindulás: Si egykristály szelet Oxidálás, ablaknyitás, n diffúzió, fémezés Darabolás, felforrasztás, tokozás "pn junction" Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A dióda kivitele – adalékprofil Adalékprofil: adaléksűrűség a mélység függvényében metallurgiai átmenet Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Vizsgálati módszerünk 1. Egydimenziós vizsgálat, “kihasított hasáb” 2. Homogén adalékolás, “abrupt” profil 3. Egyik oldal erősebben adalékolt (legyen ez az n oldal) N d >> N a Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Két külön darab: ► Fermi szintek az intrinsic szinthez képest az adalékolásnak megfelelően eltolódnak: Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

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. Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Elektrosztatikus viszonyok Kiürített rétegek (tértöltés rétegek): töltés kettősréteg Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Érintkezési és diffúziós potenciál A huroktörvény értelmében: U fn fém – n-Si kontakt potenciál U D diffúziós potenciál a p és n oldal között U pf p-Si – fém kontakt potenciál Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A diffúziós potenciál számítása n n, p n p p, n p Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A diffúziós potenciál számítása „beépített” potenciál „built-in” voltage tömeghatás tv. Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A diffúziós potenciál számítása PÉLDA Egy abrupt Si dióda adalék adatai: N d =10 18 /cm 3, N a =10 16 /cm 3. Határozzuk meg a diffúziós potenciál értékét szobahőmérsékleten! Nyilván U D < U g,, általában %-a. Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Számítások a kiürített rétegre A gyengébben adalékolt oldalon szélesebb a kiürített réteg. A két töltés egyenlő Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Számítások a kiürített rétegre Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Számítások a kiürített rétegre Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Számítások a kiürített rétegre PÉLDA Egy abrupt Si dióda adalék adatai: N d =10 18 /cm 3, N a =10 16 /cm 3. Határozzuk meg a kiürített rétegek szélességét! (  r =11,8, U=0V) És ha U= -100V ? Mikroelektronika - A pn átmenet működése. © Székely V., Poppe A., BME-EET