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Banddiagramm pn-Übergang im Gleichgewicht: |
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Ströme in jedem Band sind entgegengesetzt gleich groß. |
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Zwei grundsätzliche Sorten:
- Majoritätsladungsträger fließen "bergauf" = Vorwärtsstrom
jF (Diffusionsstrom, Rekombinationsstrom).
- Minoritätsladungsträger fließen "bergab" = Rückwärtsstrom
jR (Feldstrom, Driftstrom, Generationsstrom).
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Im GG gilt jR = – jF. |
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Rückwärtsstrom jR sofort verständlich; |
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| jR = – jF = |
– e · L · nMin
t | = |
– e · L · (ni)2
NA · t |
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- Proportional zum "Einzugsgebiet, d.h. Diffusionslänge L.
- Proportional zur Generationsrate G = nMin/t.
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"Radfahrermodell" zur Veranschaulichung |
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Mit externer Spannung Uex ändert sich die Höhe der Energiebarriere.
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| jF(Uex) |
= – jR · exp |
eUex
kT |
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Nur der Vorwärtsstrom ändert sich (mit einem Boltzmannfaktor). |
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Die komplette Strombilanz führt sofort auf die (elementare) Diodengleichung. |
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| j(Uex) = |
æ
ç
è |
e · L ·nMin(L)
t | + |
e · L ·nMin(V)
t | ö
÷
ø
| · |
æ
ç
è | exp |
eUex
kT |
– 1 |
ö
÷
ø |
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Gilt nur für ideale Diode ohne Berücksichtigung von Ladungsträgergeneration
in der RLZ. | |
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Berücksichtigung RLZ ist tricky, aber leicht zu veranschaulichen:
Ein weiterer Term ist zur Stromgleichung zu addieren. | |
| j = |
æ
ç
è |
e · L · ni 2
t · NA |
+ |
e · L · ni 2
t · ND |
ö
÷
ø |
· |
æ
ç
è |
exp | eU
kT | – 1 |
ö
÷
ø |
| | + |
e · ni · dRLZ(U)
t |
æ
ç
è |
exp | eU
2kT |
– 1 |
ö
÷
ø |
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Konsequenz: Für Halbleiter mit "großer" Bandlücke (schon für
Si) dominiert der RLZ Term in Rückwärtsrichtung; d.h. der Leckstrom einer Si Diode wird durch
den RLZ Beitrag dominiert. | |
© H. Föll (MaWi 2 Skript)
