elementy elektroniczne
advertisement
Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA PÓŁPRZEWODNIKOWA ANODA KATODA Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE P-N półprzewodnik typ p (dominujące przew. dziurowe) pp – dziury, nośniki większościowe np – elektrony, nośniki mniejszościowe NA(-) – zjonizowane ujemnie akceptory (nieruchome) Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE P-N półprzewodnik typ n (dominujące przew. elektronowe) nn – elektrony, nośniki większościowe pn – dziury, nośniki mniejszościowe ND(+) – zjonizowane dodatnio donory (nieruchome) Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE P-N pn półprzewodnik typ p półprzewodnik typ n xj „złącze technologiczne” Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE P-N Złącze p-n jest formowane w materiałach półprzewodnikowych przy wykorzystaniu specjalnych operacji technologicznych, takich jak: domieszkowanie dyfuzyjne, implantacja jonów, epitaksja. Formowanie złącza p-n jest podstawową operacją przy wytwarzaniu struktur półprzewodnikowych, czy układów scalonych Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE P-N Złącze skokowe Warstwa EPI podłoże (Si) typu n typu p N ND NA xj x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE P-N Złącze liniowe Warstwa dyfuzyjna podłoże (Si) typu n typu p N NA ND xj x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n xj Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n xj Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n xj Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N Istnienie gradientu koncentracji nośników jest przyczyną dyfuzji: elektronów z obszaru typu n do obszaru typu p dziur z obszaru typu p do obszaru typu n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n dyfuzyjny strumień elektronów (nośniki większościowe) dyfuzyjny strumień dziur (nośniki większościowe) xj Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n -xp xj +xn Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N W wyniku dyfuzyjnego przepływu nośników większościowych obszar w pobliżu złącza zastaje zubożony w nośniki. Przyjmuje się, że obszar pomiędzy współrzędnymi (-xp) i (+xn) jest całkowicie pozbawiony nośników W obszarze zubożonym pozostają nieskompensowane ładunki zjonizowanych donorów i akceptorów Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p E -xp xj +xn n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N W konsekwencji w obszarze zubożonym, pomiędzy współrzędnymi (-xp) i (+xn), pojawia się: pole elektryczne o natężeniu E Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p E -xp xj +xn n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N Pojawienie się pola elektrycznego powoduje powstanie prądów unoszenia dziur i elektronów, które dotrą do obszaru zubożonego Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n unoszeniowy strumień elektronów (nośniki mniejszościowe) unoszeniowy strumień dziur (nośniki mniejszościowe) xj Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p E -xp xj +xn Obszar zubożony n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N p n E dyfuzja unoszenie unoszenie dyfuzja Obszar złącza Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne USTALANIE SIĘ STANU RÓWNOWAGI W NIESPOLARYZOWANYM ZŁĄCZU P-N Prądy dyfuzji (nośniki większościowe) Prądy unoszenia (nośniki mniejszościowe) J nD q Dn dn / dx J pD q D p dp / dx J nu q n n E J pu q p p E Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL PASMOWY ZŁĄCZA P-N Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL PASMOWY ZŁĄCZA P-N p W WC Wi WF WV W1 W WC WF Wi n W2 WV x x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL PASMOWY ZŁĄCZA P-N W p bariera energetyczna WC Wi WF WV n W= W1+ W2 WC W F W2 Wi W1 Obszar złącza WV x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU W złączu pojawia się bariera energetyczna W W1 W2 Napięcie dyfuzyjne (bariera potencjału) W B q B V W eV qe Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU W B q W1 W2 B q Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU W1 p p ni exp typ p kT W2 nn ni exp typ n kT pp typ p W1 kT ln ni nn W2 kT ln ni typ n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU nn p p kT B ln 2 q ni Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU kT ND N A B ln 2 q ni nn N D , p p N A Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU ND N A B T ln 2 ni T kT / q Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU Napięcie dyfuzyjne (bariera potencjału) zależy od: 1. Stopnia domieszkowania poszczególnych obszarów złącza 2. Materiału z którego wykonane jest złącze p-n 3. Temperatury Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne NAPIĘCIE DYFUZYJNE-BARIERA POTENCJAŁU Materiał Bariera potencjału [V] German (Ge) 0.3 - 0.4 Krzemogerman (SiGe) 0.4 - 0.5 Krzem (Si) 0.6 - 0.7 Fosforek Indu (InP) 0.9 - 1.0 Arsenek Galu (GaAs) 1.0 - 1.2 Węglik krzemu (SiC) 2.4 - 2.5 Azotek galu (GaN) 3.2 - 3.4 Warstwy diament. (C) 4.7 - 4.9 Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ OBSZARU ZUBOŻONEGO – SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ OBSZARU ZUBOŻONEGO – SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA p n Obszar złącza xd -xp 0 +xn Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ OBSZARU ZUBOŻONEGO – SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA xp 2 rs 0 B qN A 1 N A / N D xn 2 rs 0 B qN D 1 N D / N A Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ OBSZARU ZUBOŻONEGO – SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA xd x p xn 2 rs 0 N D N A B xd q ND N A Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ OBSZARU ZUBOŻONEGO – SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA 2 rs 0 N D N A B U xd q ND N A polaryzacja w kierunku przewodzenia (+U) polaryzacja w kierunku zaporowym (-U) Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – POLARYZACJA W KIERUNKU „PRZEWODZENIA” 2 rs 0 N D N A B U xd q ND N A Wzrost napięcia polaryzującego (+U) powoduje zmniejszanie się szerokości złącza. Jeżeli wartość napięcia polaryzującego jest równa wartości bariery potencjału, wówczas „znika” obszar zubożony, czyli : xd = 0 Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – POLARYZACJA W KIERUNKU „PRZEWODZENIA” p n p xd1 xd0 napięcie polaryzujące U 0 n xd 0 xd 1 napięcie polaryzujące U B Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – POLARYZACJA W KIERUNKU „PRZEWODZENIA” p n p xd2=0 xd0 napięcie polaryzujące U 0 n xd 2 0 napięcie polaryzujące U B Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne Przy napięciu polaryzującym złącze w kierunku przewodzenia, o wartości równej wartości napięcia dyfuzyjnego w złączu, znika obszar zubożony w nośniki (obszar ładunku przestrzennego). Znika zatem również pole elektryczne, przeciwdziałające dyfuzji nośników większościowych Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – POLARYZACJA W KIERUNKU „ZAPOROWYM” p n p xd3 xd0 napięcie polaryzujące U 0 n xd 0 xd 3 napięcie polaryzujące U Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne Przy napięciu polaryzującym złącze w kierunku zaporowym, obszar zubożony w nośniki (obszar ładunku przestrzennego), poszerza się, co powoduje, że pole elektryczne, istniejące w tym obszarze przeciwdziała dyfuzji nośników większościowych Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – ZŁĄCZA „NIESYMETRYCZNE” Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – ZŁĄCZA „NIESYMETRYCZNE” P+ n p n+ NA ND NA ND xd xd -xp xj +xn -xp xj +xn N A N D , xn x p N A N D , xn x p xd xn xd x p Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SZEROKOŚĆ ZŁĄCZA – ZŁĄCZA „NIESYMETRYCZNE” 2 rs 0 1 B U xd q N N – koncentracja domieszki w „słabiej” domieszkowanej części złącza Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N W WC Wi WF WV p JnD Jnu Jpu n WC WF Wi WV JpD Obszar złącza x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N W stanie równowagi składowe prądu dyfuzji i unoszenia kompensują się osobno dla dziur i elektronów. Wypadkowy prąd płynący przez złącze będzie wynosił zero Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POLARYZACJA ZŁĄCZA P-N W KIERUNKU PRZEWODZENIA p n NAPIĘCIE DYFUZYJNE NAPIĘCIE POLARYZUJĄCE „NAPIĘCIA SIĘ ODEJMUJĄ” B U Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N (BRAK POLARYZACJI) W WC Wi WF WV p JnD Jnu Jpu n WC WF Wi WV JpD Obszar złącza x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N (PRZEWODZENIE) W WC Wi WF WV p Jnu JnD q U n B qU Jpu WC WF Wi WV JpD x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N Przy polaryzacji w kierunku „przewodzenia”: 1. Całkowite napięcie na warstwie zubożonej ulega zmniejszeniu, 2. Maleje działanie pola elektrycznego ograniczającego dyfuzję nośników większościowych: elektronów z obszaru n do p oraz dziur w obszaru p do n, 3. Wzrost napięcia zewnętrznego powinien zatem skutkować wzrostem prądu dyfuzji, przepływającego przez złącze p-n, Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N Ten sposób polaryzacji ułatwia przepływ prądu przez złącze p-n: „przewodzenie” Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N POLARYZOWANE W KIERUNKU PRZEWODZENIA p n DYFUZYJNE PRĄDY NOŚNIKÓW WIEKSZOŚCIOWYCH Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N POLARYZOWANE W KIERUNKU PRZEWODZENIA 1. 2. 3. PRZEWODZENIE Prąd płynący przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia jest sumą prądów nośników większościowych płynących z poszczególnych obszarów, Wartość prądu zależy od wartości doprowadzonego napięcia polaryzującego, Nośniki większościowe, po przejściu do obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa stają się nośnikami mniejszościowymi Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA Prąd w kierunku przewodzenia [mA] SiGe Si kierunek przewodzenia 1.0 0.8 Ge InP GaAs SiC GaN C 0.6 0.4 0.2 0 1.0 2.0 3.0 4.0 Napięcie [V] 5.0 Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne Prąd w kierunku przewodzenia [mA] CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA Ge 1.0 B 0.3V 0.8 Si B 0.7V szybki wzrost wartości prądu 0.6 niewielki wzrost 0.4 wartości prądu punkt „przegięcia” 0.2 0 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.8 1.0 Napięcie [V] Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POLARYZACJA ZŁĄCZA P-N W KIERUNKU ZAPOROWYM p n NAPIĘCIE DYFUZYJNE NAPIĘCIE POLARYZUJĄCE „NAPIĘCIA SIĘ DODAJĄ” B U B U Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N (BRAK POLARYZACJI) W WC Wi WF WV p JnD Jnu Jpu n WC WF Wi WV JpD Obszar złącza x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N (ZAPOROWY) W p E WC Wi WF WV Jnu qB U qU Jpu n WC WF Wi WV x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N Przy polaryzacji w kierunku „zaporowym”: 1. Całkowite napięcie na warstwie zubożonej jest równe sumie napięcia polaryzującego i napięcia dyfuzyjnego, 2. Pole elektryczne w warstwie przeciwdziała dyfuzji nośników: elektronów z obszaru n do p oraz dziur w obszaru p do n. Prądy dyfuzji znikają dla napięć polaryzujących o wartościach na poziomie dzięsiątych części wolta. 3. Prądy unoszenia – czyli prądy nośników mniejszościowych – przepływają przez złącze bez przeszkód Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N Ten sposób polaryzacji utrudnia przepływ prądu przez złącze p-n: „zaporowy” Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N POLARYZOWANE W KIERUNKU ZAPOROWYM p E n UNOSZENIOWE PRĄDY NOŚNIKÓW MNIEJSZOŚCIOWYCH Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE P-N POLARYZOWANE W KIERUNKU ZAPOROWYM 1. 2. 3. ZAPOROWY Prąd płynący przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym jest sumą prądów nośników mniejszościowych O wartości tego prądu decyduje koncentracja nośników mniejszościowych (dziur w obszarze typu n i elektronów w obszarze typu p) Wartość tego prądu nie zależy od wartości doprowadzonego napięcia polaryzującego, w dużym zakresie zmian tego napięcia Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA niewielki prąd nośników mniejszościowych Wzrost prądu możliwy tylko poprzez zwiększenie koncentracji nośników mniejszościowych w poszczególnych obszarach złącza Prąd w kierunku zaporowym Napięcie [V] Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA IF przewodzenie (forward) UR UF zaporowy (reverse) IR Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA RÓWNANIE SHOCKLEY`A qU I I S exp 1 kT IS – prąd nasycenia, U – napięcie polaryzujące. Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA RÓWNANIE SHOCKLEY`A U I I S exp T kT 1, T q Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA RÓWNANIE SHOCKLEY`A D p pn 0 Dn n p 0 I S qA Ln L p Dp, Dn – współczynniki dyfuzji dziur i elektronów, Lp, Ln – średnia droga dyfuzji dziur i elektronów, pn0, np0 – koncentracje nośników mniejszościowych. Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ Równanie Shockley`a zostało wyprowadzone przy wielu założeniach upraszczających Kształt charakterystyki prądowonapięciowej rzeczywistej diody półprzewodnikowej jest modyfikowany przez wiele czynników Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA IF przewodzenie (forward) GENERACJA UF UR zaporowy (reverse) REKOMBINACJA IR Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ Wpływ zjawiska rekombinacji i generacji Rekombinacja + + + Generacja WC WC WV WV x + + + x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ Wpływ zjawiska rekombinacji (przewodzenie) p n Rekombinacja WC + + + W V x polaryzacja złącza w kierunku przewodzenia Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ Wpływ zjawiska rekombinacji (przewodzenie) U I I S exp m T kT 1, T q m – współczynnik doskonałości złącza, parametr rekombinacyjny (m=1-2) Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ Wpływ zjawiska generacji (zaporowy) p E n Generacja WC + + + Polaryzacja złącza w kierunku zaporowym W V x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ Wpływ zjawiska generacji (zaporowy) UR [V] IS IS IG IS IG GaAs Si Ge 10 10 10 -13 -11 -9 IR [A] Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY U I I S exp mT 1 U I I S exp mT U I exp IS mT I ln IS 1 U mT Wiele nowych informacji można odczytać z charakterystyki I-U rysowanej w układzie półlogarytmicznym I 1 ln U I S mT y ax y ln I / I S , x U a 1 / mT Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY -2 9 10 -4 1 I ln 2.3 I S 7 5 10 -6 10 I[A] wykres charakterystyki I-U diody wg równania Shockley`a -8 10 I 1 ln U I S m T 3 I S 10 11 A 1 -10 10 -12 10 0 nachylenie charakterystyki 0.2 0.4 0.6 U[V] 0.8 1.0 Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U DIODY RZECZYWISTEJ -2 10 I[A] Charakterystyka diody „rzeczywistej” -4 10 -6 10 10 -8 U U RS I0 I U0 -10 10 IS -12 10 I0 0 0.2 U0 RU I 0.4 0.6 U[V] 0.8 1.0 Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA RZECZYWISTA rS rezystancja szeregowa rezystancja upływu rU Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N Przebicie złącza p-n polega na gwałtownym wzroście prądu o kilka rzędów wartości w niewielkim zakresie zmian napięcia, rzędu kilkuset miliwoltów Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N PRZEBICIE TUNELOWE (ZENERA) LAWINOWE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N (TUNELOWE ZENERA) Przebicie tunelowe Zenera polega na tunelowym – bez zmian energii – przejściu elektronów z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa Przebicie tunelowe Zenera zachodzi w „cienkich złączach” przy polach 8 elektrycznych na poziomie E=10 [V/m] Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N (TUNELOWE ZENERA) E 108 V / m W WC WF WV n Pasmo przewodnictwa W1 W2 W1 W2 WC WF Pasmo walencyjne p „wąskie” złącze WV x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N (POWIELANIE LAWINOWE) Powielanie lawinowe polega na jonizacji atomów sieci krystalicznej w złączu p-n przez nośniki przyspieszane w polu elektrycznym Powielanie lawinowe zachodzi w „szerokich złączach” przy polach elektrycznych na 6 poziomie E=10 [V/m] Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEBICIE ZŁĄCZA P-N (POWIELANIE LAWINOWE) p E 10 6 V / m Si Si Si „szerokie” złącze n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA UWZGLĘDNIAJĄCA PRZEBICIE UR UBR UBR – napięcie przebicia złącza IR Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA DIODA PROSTOWNICZA Typowy zakres pracy IF UR UBR IR Typowy zakres pracy UF UF = 0.7V(Si) UF = 0.3V(Ge) Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne CHARAKTERYSTYKA I-U - WPŁYW TEMPERATURY IF 25°C+ΔT UR UBR 25°C 1mA 1μA IR UF 0.7V 0.7V-ΔU Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEŁĄCZANIE ZŁĄCZA P-N Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne UF UR IF IR t czas przełączania t Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEŁĄCZANIE ZŁĄCZA P-N p n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEŁĄCZANIE ZŁĄCZA P-N Nośniki mniejszościowe p n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEŁĄCZANIE ZŁĄCZA P-N Nośniki mniejszościowe p E n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEŁĄCZANIE ZŁĄCZA P-N p E n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne PRZEŁĄCZANIE ZŁĄCZA P-N trr - całkowity czas przełączania IF t 0.1IR IR 0.9IR tr tf trr Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SCHEMATY ZASTĘPCZE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SCHEMATY ZASTĘPCZE SCHEMAT ZASTĘPCZY NIELINIOWY STATYCZNY DYNAMICZNY LINIOWY QASISTATYCZNY m.cz. DYNAMICZNY śr.cz. w.cz. Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SCHEMATY ZASTĘPCZE NIELINIOWE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SCHEMAT ZASTĘPCZY – NIELINIOWY STATYCZNY rs ru zaporowy I(U) U I I S exp 1 mT rs przewodzenie ru Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ru rs przewodzenie SCHEMAT ZASTĘPCZY – NIELINIOWY DYNAMICZNY Cd ru zaporowy CJ Cd rs CJ Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ ZŁĄCZOWA Cj POJEMNOŚĆ DYFUZYJNA Cd Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ ZŁĄCZOWA CJ p n p n Q1 Q2 U1 U2 polaryzacja złącza p-n w kierunku zaporowym Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ ZŁĄCZOWA CJ p n Q1 U1 p Q2 U2 n Q2 Q1 Cj U 2 U1 Q Cj U dQ Cj dU Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ ZŁĄCZOWA CJ Pojemność złączowa Cj odgrywa istotną rolę przy polaryzacji złącza p-n w kierunku zaporowym Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ DYFUZYJNA Cd p n Q1 C koncentracja dziur koncentracja dziur p C x U1 polaryzacja złącza p-n w kierunku przewodzenia n Q2 x U2 Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ DYFUZYJNA Cd p C n Q1 x U1 p C n Q2 x U2 Q2 Q1 Cd U 2 U1 Q Cd U dQ Cd dU Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne POJEMNOŚĆ DYFUZYJNA Cd Pojemność dyfuzyjna Cd odgrywa istotną rolę przy polaryzacji złącza p-n w kierunku przewodzenia Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SCHEMATY ZASTĘPCZE LINIOWE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne SCHEMATY ZASTĘPCZE LINIOWE IF ΔI ΔI UR ΔU ΔU UF IR ΔU<kT/q=25mV Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DEFINICJA REZYSTANCJI RÓŻNICZKOWEJ Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA I ΔI1 U rr1 I 1 ΔI2 U rr 2 I 2 ΔU ΔU U Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA DEFINICJA KONDUKTANCJI (REZYSTANCJI) RÓŻNICZKOWEJ 1 dI gr rr dU Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA U I I S exp mT U I I S exp mT 1 I S U I I S I S exp mT Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA 1 dI gr rr dU d gr dU U I S exp mT U g r I S exp mT I S 1 mT Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA U g r I S exp mT 1 mT U I I S I S exp mT Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA 1 g r I I S mT I IS gr mT Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA I IS gr mT I I S I gr mT Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA I gr mT m 1 I gr T Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA I gr T T rr I Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA rr T /I I S IF rr T / I F I F I S UR T rr IR IS rr T / I S IR I 0 UF Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne REZYSTANCJA RÓŻNICZKOWA rr 10 IF rr 10 2 rr 10 3 rr 10 9 rr UR IR UF Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ru rr rs przewodzenie SCHEMAT ZASTĘPCZY – NIELINIOWY STATYCZNY rr rs mT rr I IS zaporowy ru rr Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ru rr rs przewodzenie SCHEMAT ZASTĘPCZY – NIELINIOWY DYNAMICZNY rs Cd ru zaporowy CJ Cd rr rr CJ Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL DIODY – „ODCINKAMI LINIOWY” model diody „idealnej” Kierunek przewodzenia IF UR A UF IR K Kierunek zaporowy A K Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL DIODY – „ODCINKAMI LINIOWY” model diody „praktyczny” Kierunek przewodzenia IF A + - K UF UR UF IR Kierunek zaporowy A K Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL DIODY – „ODCINKAMI LINIOWY” Kierunek przewodzenia model diody „złożony” A+ IF UF - K rd Kierunek zaporowy rU UR UF IR IR A K Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA ZENERA ANODA KATODA Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA ZENERA Typowy zakres pracy IF UR UF IR Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA ZENERA impedancja UR Zz= ΔUz/ΔIz ΔU IF UF ΔI IR Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA ZENERA ΔUwe Uwe IF ΔUwy Uwy Uwe2 Uwe1 UR prosta obciążenia Prosty układ stabilizacji napięcia UF ΔI IR R Uwe Uwy Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL DIODY - DIODA ZENERA „idealny” IF UR UZ UF A - + UZ IR K Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne MODEL DIODY - DIODA ZENERA „praktyczny” IF UR UZ UF A - + UZ IR K rZ rZ U Z / I Z Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA POJEMNOŚCIOWA - VARACTOR Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA POJEMNOŚCIOWA - VARACTOR elektroda C1 dielektryk elektroda p n d1 Spolaryzowana zaporowo dioda pojemnościowa – zmienna pojemność Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA POJEMNOŚCIOWA - VARACTOR elektroda C2<C1 dielektryk p elektroda n d2 Spolaryzowana zaporowo dioda pojemnościowa – zmienna pojemność Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA POJEMNOŚCIOWA -VARACTOR C [pF] C A r 0 / d pojemność diody 40 d 30 p 20 10 10 100 U [V] polaryzacja złącza w kierunku zaporowym n Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne ZŁĄCZE SILNIE DOMIESZKOWANE W Wc p+ W p+ n+ Wc Wv WF x W WF Wc n+ Wv WF Wv x x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO IF I1 -rr I2 UR U 1 U2 IR UF typowy zakres pracy U U 2 U1 I I 2 I1 U rr I Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO IF UR charakterystyka I-U diody tunelowej UF IR charakterystyka I-U diody tunelowej tunelowy prąd „Zenera” tunelowy prąd „Esakiego” Prąd „dyfuzyjny” Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO IF W p+ n+ Wc Wv WF UR UF 1 IR qUR tunelowy prąd Zenera 1 x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO IF W p+ Wc 2 tunelowy prąd Esakiego (niewielki) Wv WF UR n+ UF IR 2 x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO 3 IF W p+ tunelowy prąd Esakiego (maksymalny) Wc Wv WF UR n+ UF IR 3 x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO IF 4 W p+ Wc n+ tunelowy prąd Esakiego (niewielki) Wv WF UR UF IR 4 x Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected]) Elementy Elektroniczne DIODA TUNELOWA ESAKIEGO IF 5 W p+ prąd dyfuzyjny n+ Wc Wv WF UR UF IR 5 x
