Halbleiterbauelemente 1. Leitfähigkeit.

Transkript

1 Leitfähigkeit Seite 1

2 Bändermodell E F E G LB ca. 8eV E G LB VB LB VB E F VB Isolator Halbleiter Leiter Halbleiter Si Ge GaAs GaP GaN Gap E G (ev) 1,12 0,66 1,42 2,26 3,39 Seite 2

3 Leitfähigkeit im Halbleiter Elektronen und Löcher: E Stromdichte: J J p Elektron: e v p v n v µ E J n v n n n n n - Loch: e v µ E J p v p p p p Stromdichte: J J J e n v e p v e n µ p µ E E n p n p n p Leitfähigkeit: e n µ p µ n p Seite 3

4 Dotierte Halbleiter Donatoren: E C E D E V Akzeptoren: E A E C E V Seite 4

5 Ionisierungsenergien Seite 5

6 Ladungsträgerdichten im Gleichgewicht Neutralität: MWG: N n N p A 0 D 0 n p n 0 0 i 2 Elektronen: Löcher: 1 1 n N N N N n D A D A i 1 1 p N N N N n A D A D i Seite 6

7 Wigner-Seitz-Zelle Seite 7

8 Bandstruktur Schrödinger- Gleichung (stationär) : 2 2 V ( r ) ( r, k ) E ( k ) ( r, k ) 2 2m r Operator pot. Gesamtkin. Energie Energie energie ( r, k ) - W e lle n fu n k tio n Blochsche Theorem: i r k ( r, k ) e u ( r ) nk Seite 8

9 Bandstruktur Flächen konstanter Energien Elektronen im Si 6 äquivalente Ellipsoide bzw. Minima Seite 9

10 Bandstruktur Elektronen E G E C E V Löcher Seite 10

11 Effektive Masse E ( k ) 1 E ( k ) E ( k ) E ( k ) ( k k ) ( k k ) k 2 k 2 2 E ( k ) k 0 d a M a x im u m b z w. M in im u m 2 1 E ( k ) E ( k ) E ( k ) ( k k ) E ( k ) ( k k ) k 2 2 Vergleich freies Elektron: 2 2 m * m m * Seite 11

12 Effektive Masse und Beweglichkeit Effektive Masse (eigentlichtensor): Löcher im Si E 1 1 E ( k ) * 2 2 m k ij 2 schwere k leichte Löcher Seite 12

13 Temperaturabhängigkeit des Gap Seite 13

14 Zustandsdichte * * m 2 m D ( E ) ( E E ) Elektronen (Ellipsoide) Silizium Löcher m 2 m d e d e D ( E ) M ( E E ) n C 2 2 C m * * 2 1 / 3 ( m m ) d e l t m 2 m d h d h D ( E ) ( E E ) p 2 2 V * 3 / 2 * 3 / 2 2 / 3 m ( m m ) d h lh h h l - lo n g itu d in a l m / m t - tra n s v e rs a l m / m * l * t 0 0 m m * lh * hh / m / m Seite 14

15 Zustandsdichten Effektive Zustandsdichten im: Leitungsband Valenzband N C 2 m kt de 2 M C 2 h 3 / 2 N V 2 m kt dh 2 2 h 3 / 2 Zustandsdichten für: Elektronen Löcher 1 / 2 2 E E 1 C D ( E ) N n C kt kt 1 / 2 2 E E 1 V D ( E ) N p V kt kt Seite 15

16 Elektronen: Ladungsträgerdichten n 1 / 2 2 E E 1 C de N C kt 1 e x p E E / k T kt E F C Löcher: p E V 1 / 2 2 E E 1 V de N V kt 1 e x p E E / k T kt F Seite 16

17 Elektronen: Löcher: 0 Ladungsträgerdichten 1 / n n N ( ) C d N F y n C 1 / 2 n 1 e x p y 0 1 / 2 n 2 p 2 p N ( ) V d N F y p V 1 / 2 p 1 e x p y Fermi-Dirac-Integral: 0 p n p 1 / 2 F ( y ) 1 / 2 d 1 e x p y Seite 17

18 F 1/2 () Halbleiterbauelemente 1 Fermi-Dirac-Integral 2 e x p y 2 3 y 3 / 2 y Seite 18

19 Maxwell-Boltzmann-Statistik Besetzungswahrscheinlichkeit Elektronen Löcher E E E E F f ( E, T ) e x p f ( E, T ) e x p n p kt kt F Ladungsträgerdichten Elektronen Löcher E E E E n N e x p p N e x p C V kt kt F C V F Seite 19

20 Eigenleitungsdichte n N N i C V e x p E G 2kT Seite 20

21 Lage des Ferminiveau im Eigen-HL Neutralitätsbedingung: n p N C e x p E E E E N e x p V kt kt F C V F 1 1 E E ( E E ) k T ln F i C V 2 2 N N V C 1 3 E ( E E ) k T ln i C V 2 4 m m d e dh M 2 / 3 C Seite 21

22 Lage des Ferminiveau im n-hl NB: n p N D N N C V e x p e x p E F E k T C E E N V F D k T E 1 g e x p d F E k T D Seite 22

23 D(E) f(e) n und p Eigen-HL n-hl p-hl Seite 23

24 Temperaturabhägigkeit NV T i N C N + D E F ET Ff T i intrinsic temperature T f freeze out temperature n ( T ) i 2 n ( T ) i 1 p n vernachlässigt: E G, N C, N V = f (T) E V E i E D E C Seite 24

25 Majoritätsträgerdichten Leitfähigkeit n-hl Eigenleitung Erschöpfung Reserve T ca. 100K Seite 25

26 Temperaturabhängigkeit von E F Störstellenreserve und erschöpfung: 1 1 N E E D C E E k T ln e x p F D N k T C Näherung für Störstellenreserve: E C -E D kt D Majoritätsträgerdichten (E F einsetzen): N E E E k T ln F D C N D C n-hl: n N N E e x p E 2 2 k T C D D C p-hl: p N N E e x p E 2 2 k T V A V A Seite 26

27 Temperaturabhängigkeit von E F Näherung für Störstellenerschöpfung: E C -E D <<kt E E + k T ln F C N N D C Majoritätsträgerdichten: n-hl: n N D N D n i 2 p-hl: p N A N A n i 2 Seite 27

28 Temperaturabhängigkeit von E F Seite 28

29 Volumenpotential j b j F =0 j p HL j F =0 j F =0 j b j n - HL j j j j j j F i b i F b p N n e x p n e x p n N n e x p n e x p A i i D i i U U U U j b U T T ln N n i A T j b U T ln T N n D i T Seite 29

30 Beweglichkeit Beweglichkeit (geringe Feldstärke) v d <<v th : e v E µ E D * m Streuung an ionisierten Störstellen: 3 / 2 1 µ T N I Streuung an akustischen Phononen (Gitterschwingung): µ T L 3 / µ µ µ I L I µ e m e ff Seite 30

31 Beweglichkeit Si GaAs Seite 31

32 Beweglichkeit Beweglichkeit (hohe Feldstärke) v v : d th v d v µ E µ E µ E / v 1 E / E 0 s s v s E v d µ E 1 ( E / E ) s 0 1/ Seite 32

33 Beweglichkeit Seite 33

34 Driftbeweglichkeit in GaAs E klein E mittel E groß n im Hauptminima n verteilt n im Nebenminima v d hoch v d nimmt ab v d =const. Seite 34

35 Stromdichten Driftstromdichte: J D rift E e ( n µ p µ ) E n p Diffusionstromdichte: J D iff e ( D g ra d n D g ra d p ) n p Nernst-Townsend-Einstein-Beziehung: D D n µ µ n p p U T Gesamtstromdichte: J e ( n µ p µ ) E + e ( D g ra d n D g ra d p ) n p n p Seite 35

36 Stromdichten mit Quasiferminiveaus J e ( n µ g ra d j p µ g ra d j ) n F n p F p n µ g ra d E p µ g ra d E n F n p F p reiner Driftstrom Löcherdiffusionsstrom im n - HL Seite 36

37 Generation und Rekombination E E c Direkte Prozess - Dichte bes. Startplätze n Rekombination Generation R c n p c n r r i 2 e x p E F n E k T F p G g N N th v c C V c o n s t. fü r T = c o n s t. E v + Dichte freier Zielplätze p Nettorekombinationsrate im Gleichgewicht U R G G c n 0 th r i 2 Nettorekombinationsrate U c ( n p n ) r i 2 Seite 37

38 Generation und Rekombination Indirekte Prozess 1. Prozess 2. Prozess 1. Prozess dn dt e n c n p n t n t 2. Prozess Elektronen Einfang Emission Einfang Loch Emission dp dt e p c p n p t p t Seite 38

39 Shockley-Read-Hall (indirekte Rekombiation) Besetzungswahrscheinlichkeit des Traps: f t n c ( n n ) c ( p p ) n c n c p p 1 p 1 1 Minoritätsträgerlebensdauern: Nettorekombinationsrate: p 1 1 n c N c N p t n t U p n p ( n n ) ( p p ) n i 2 1 n 1 Seite 39

40 Nichtgleichgewichtslebensdauer allgemein: n n n n p p p p n U n p n n p p Niedriginjektion: n n p p p n n p n p Seite 40

41 Nichtgleichgewichtslebensdauer Annahme: p n 0 n p 2 n E E 1 1 i t i c o s h 0 n p n p k T Seite 41

42 Auger-Rekombiation direkte indirekte E - - E - - E c E c E t E v + E v A u A u U ( c n c p ) ( n p n ) n n i 2 U A u p n p n ( n n ) ( p p ) i 2 A u 1 n 1 A u p A u u n d a b h. v o n n, n p Seite 42

43 Bandgap Narrowing Seite 43

44 Bandgap Narrowing Empirisch E G N ln [ m e V ] E E E n N N e x p n e x p ie ff C V i kt kt 2 G G 2 G Seite 44

45 Oberflächenrekombiation Nettorekombinationsrate: 2 n p n i U s v N 1 1 ( n n ) ( p p ) 1 1 s s p n p, n p, n th s t Seite 45

46 Fotogeneration E E c - h h c E G E v + h hc E G E 1240 G (e V ) [ n m ] Photonenfluß: ( x ) (1 R ) e R - R e fle x io n s -, 0 x - A b s o rp tio n s k o e ffiz ie n t Seite 46

47 Fotogeneration Generationsrate: d G ( x ) (1 R ) e 0 d x x Seite 47

48 Avalanche-Generation durch e - ( n ) p =0 Generationsrate: G n v p v A V A n n p p 1 G A V A ( J J n n p p ) e Seite 48

49 Poissongleichung: Kontinuitätsgleichungen: Grundgleichungssystem d iv g ra d j m it e (p - n + N - N ) D A p t Transportgleichungen: 0 1 d iv J U n 1 d iv J U e t e p p n n J e p µ E e D g ra d p e p µ g ra d j p p p p F p J e n µ E e D g ra d n e n µ g ra d j n n n n F n Seite 49

50 Majoritätsträgerstörung Debye - Länge n n(0) Raumladung x << L D L D D 0 n 0 n U e n 0 T neutral x >> L D Dielektrische Relaxationszeit L D x R 0 0 e n µ L D n 0 n n 2 D Seite 50

51 Minoritätsträgerstörung Diffusionlänge L D b z w. L D p p p n n n n p n p (0) L n x Seite 51

52 Space-Charge Limited Current (SCLC) Mott-Gurney-Gesetz 9 J µ n 8 n U d U 8 9 e n 0 d linearer Bereich, bedingt durch n i 2 quadratischer Bereich ohne Traps 3 quadratischer Bereich mit Traps 4 Auffüllen der Traps 5 linearer Bereich 6 Sättigungsbereich Seite 52

53 Ohmscher Kontakt: n-hl Metall-Halbleiter-Kontakt vor Kontakt Metall HL nach Kontakt Metall HL E vak E E vak M S S M E C E F E i E C E F E v E v M < S Ohmscher Kontakt: p-hl M > S Seite 53

54 Schottky-Kontakt: n-hl Metall-Halbleiter-Kontakt vor Kontakt Metall HL nach Kontakt Metall HL M > S E E vak c eu D E vak M S M S E C E F E i V Bn E C E F E v E v Barriere: V c Diffusionsspannung: e U B n M D M S Seite 54

55 Schottky-Kontakt: p-hl vor Kontakt Metall M < S Metall-Halbleiter-Kontakt HL E vak E C E F E i E v M nach Kontakt Metall M S eu D c V Bp E HL S E vak E C E F E v Barriere: V E c B p G M Diffusionsspannung: e U D M S Seite 55

56 Reale Ohmscher Kontakt: Metall-Halbleiter-Kontakt Metall n-hl V Bn Tunnelstrom E C E F Beispiel für p-hl Al p ++ -Si n + -dotiert n-dotiert p-si E v entartet nichtentartet Seite 56

57 Metall-Halbleiter-Kontakt U=0 U>0 (DR) U<0 (SR) Seite 57

58 Schottky-Effekt (Barrierenerniedrigung) Potentielle Energie V ( x ) e e E x 16 x 2 0 x m e 16 0 E V V ( x ) e m m e E 4 0 Seite 58

59 Schottky-Effekt (Barrierenerniedrigung) j m e E 4 0 s e 3 D N U U D s 1 / 4 Seite 59

60 Stromflussmechanismen U > 0 (DR) 1 thermionische Emmision 2 Tunnelstrom 3 Rekombination in RLZ 4 Diffusion (e - zu Metall) 5 Diffusion (h-injektion aus Metall, Minoritätsträgestrom) Seite 60

61 Stromflussmechanismen e(u D -U) M - V Bn - eu D U = 0 E vak E C E F M - V Bn E Fn - E Fp U > 0 (DR) E vak E C E F E v E v e(u D -U) E vak Barriere für Elektroneninjektion von: Metall zu HL: spannungsunabhängig HL zu Metall: spannungsabhängig M V Bn - - E Fn E Fp U < 0 (SR) E C E F E v Seite 61

62 Thermische Emission Gesamtstromdichte (n-hl): J J J n S M M S 1 ) : J S M J m in e v d n S M x E 4 ( 2 m ) E E n E e ( U U ) u n d d n E E e x p m in D 3 C h kt 3 / 2 F V U J A T e x p e x p m it A S M kt U * 2 B n * T 4 e m k h 3 n 2 Seite 62

63 Thermische Emission 2 ) J : M S J J fü r U 0 M S S M J M S * 2 A T e x p V k T Bn Gesamtstromdichte (n-hl): * 2 V U U Bn J A T e x p e x p 1 J e x p 1 n S T k T U U T T Seite 63

64 Diffusionstheorie d E E E d E J n ( x ) µ µ N e x p n n n C d x k T d x F n F n C F n m it µ n D U n T In te g ra tio n ü b e r R L Z Gesamtstromdichte (n-hl): J n 2 e N D 2 e N ( U U ) V U U C n D D B n e x p e x p 1 J S D e x p 1 kt kt U U 0 s T T Seite 64

65 Tunnelstromdichte (Fowler-Nordheim) Au-Si-Barriere J FE * 2 3 / 2 1 / 2 A e E 2 V 4 ( 2 m ) B n n e x p m it V k 3 e E h Bn Seite 65

66 PN-Übergang Beispiel: abrupter pn-übergang 1D-Poissongleichung log n,p p p N - A N D n n d 2 dx j 2 0 n i n p p n Raumladung 0 -x p x n - E + x e p n N N D A Seite 66

67 PN-Übergang E max für x=0: en en A D E x x m a x p 0 s 0 s n N x N x A p D n Breite der RLZ: d S 2 0 N N U U s A D D e N A N D Seite 67

68 PN-Übergang E p-hl n-hl E C E i E F E V eu D -x p x n x Diffusionsspannung: n p p N N U U ln U ln U ln D T T T 2 n p n n A D p n i Seite 68

69 U > 0 (DR) PN-Übergang U < 0 (SR) Seite 69

70 Minoritätsträgerrandkonzentration: PN-Übergang p 4 n p p U n n x R p p 2 p U p0 T 0 0 ( ) 1 e x p 1 n 4 p n n U p p x R n n 2 n U n0 T 0 0 ( ) 1 e x p 1 Niedriginjektion: n R n p 0 e x p U U T p R p n 0 e x p U U T Hochinjektion: n p n R R i e x p U 2 U T Seite 70

71 U > 0 (DR) PN-Übergang U < 0 (SR) Seite 71

72 PN-Übergang Minoritätsträgerkonzentration (Beispiel Löcher im n-hl): w x w x w x n n n e x p e x p s in h L L L p p p p ( x ) p p n R R w w w n n n e x p e x p s in h L L L Langes Bahngebiet: p p p x U x p ( x ) p e x p p e x p 1 e x p n R n 0 L U L p T p Kurzes Bahngebiet: p ( x ) p 1 n R x w n Seite 72

73 Minoritätsträgerstromichten: PN-Übergang ins n- Gebiet: J x D 0 ( ) e c o th e x p 1 p n p p n w U n L L U p p T ins p- Gebiet: J x D 0 ( ) e c o th e x p 1 n p n n w p p U L L U n n T Gesamtstromdichte: J J ( x ) J ( x ) n p p n J ed p e p n w D n w n p p U U n c o th c o th e x p 1 e x p 1 S L L L L U U p p n n T T 0 0 J Seite 73

74 PN-Übergang IU-Kennlinie Seite 74

75 PN-Übergang SRH mit n 1 =p 1 =n i und p = n =: Generation/Rekombination in der RLZ U 2 2 n p n n p n i i ( n n ) ( p p ) ( n p 2 n ) p 1 n 1 i Gen./Rek.-Stromdichte: J e n d ( U ) U U i s e x p 1 J e x p 1 U U U T T 2 e x p 1 2U T r e c / g e n S, r e c / g e n Seite 75

76 PN-Übergang Hochstrominjektion J gering J mittel J hoch Seite 76

77 PN-Übergang Reale Kennlinie Seite 77

78 PN-Übergang IU-Kennlinie für Tunneldurchbruch Seite 78

79 PN-Übergang Durchbruchmechanismen Übergang Avalanche- zu Tunnelmechanismus Seite 79

80 PN-Übergang Kleinsignalverhalten Leitwert: e A U D p D n p U U L L T T p n p n n p 0 0 Y e x p 1 j 1 j n NF für p, n <<1: G d 0 e A U D p D n e x p U U L L T T p n p n n p 0 0 C d 0 e A U T e x p U U T L p L n 2 2 p n n p 0 0 Seite 80

81 PN-Übergang Kleinsignalverhalten HF für p, n >>1: G d e A U D p D n p n 0 p n p 0 e x p U U L 2 L 2 T T p n n C d e A U D p D n p n 0 p n p 0 n e x p U U L 2 L 2 T T p n Seite 81

82 PN-Übergang Kleinsignalverhalten Ersatzschaltbild R Bn r d R Bp C s C d Seite 82

83 PN-Übergang Bauformen und Anwendung I U I= I e x p -1 S mu T U Br =f(n D,N A ) I S =f(n i,n D,N A ) U U D =f(n i,n D,N A ) Seite 83

84 PN-Übergang Bauformen und Anwendung Spitzendiode: Flächendiode: für hohe Leistung Kleinflächendiode Seite 84

85 Hetero-pn-Übergang Seite 85

86 Fehlanpassung (mismatch) Hetero-pn-Übergang isoliert fehlangepasst verspannt Gitterfehlanpassung: Kritische Schichtdicke: a e a e a s t c a e 2 2 a a e 2 e a s Seite 86

87 vor Kontakt Hetero-pn-Übergang nach Kontakt Banddiskontinuitäten: LB: E c c C S S 1 2 VB: E c E c E E E E V S G S G C G G Seite 87

88 Hetero-pn-Übergang Diffusionsspannung: e U c c D S S 2 1 Breite der RLZ: d S 2 e 2 N N U U S S D A D N N N N D A S D S A Stromdichte für allmählichen Übergang: J 2 2 ed n ed n p i n i U e x p 1 L N L N U p1 D1 n 2 A 2 T J N D E n 1 e x p J N k T p A 2 G Seite 88

89 Hetero-pn-Übergang vor Kontakt E Gn >E Gp nach Kontakt Seite 89

90 Hetero-pn-Übergang vor Kontakt Große Gitterstörung nach Kontakt Seite 90

91 Bipolartransistor Integrierter Transistor Integrierter Transistor für hohe Geschwindigkeit Seite 91

92 Bipolartransistor Stromkomponenten im aktiv normalen Betrieb Emitterwirkungsgrad I I n e n e I I I I E n e r e p e Basistransportfaktor T I I nc ne Multiplikationsfaktor Stromverstärkung in BS: A N I I C E T M M I I C nc Seite 92

93 Bipolartransistor Dotierprofil Stromdichten w B W B0 x C J J (0 ) J ( x ) E n p E J J ( w ) J ( x ) C n B p C Minoritätsträger in der Basis: w x x B s in h s in h L U L U n B EB n B C B n ( x ) n e x p 1 e x p 1 B B 0 w w B U T B U T s in h s in h L L n B n B Seite 93

94 Bipolartransistor Ströme im Transistor: I E e D p e e p E E w D n 0 n B B w U D n 0 n B B U E B E B 0 CB A c o th c o th e x p 1 e x p 1 L L L L U w p E p E n B n B T B U T L s in h nb L nb I C e D n e e n B B U D p 0 p C C w D n 0 n B B w U E B C 0 B C B A e x p 1 c o th c o th e x p 1 w B U L L L L U T p C p C n B n B T L s in h nb L nb U U EB CB I I e x p 1 e x p 1 E E S A I I C S U T U T U U EB CB I A I e x p 1 I e x p 1 C N E S C S U U T T I I I B E C Seite 94

95 Bipolartransistor Realistische Näherungen: flacher Emitter schmale Basis langer Kollektor Seite 95

96 I C, I B (A) Halbleiterbauelemente 1 Bipolartransistor Gummelplot I C Ausgangskennlinien U CB =5V U CB =1V I B U CB =1V U CB =5V -U BE (V) Seite 96

97 Bipolartransistor Stromverstärkung in BS: A N A I 1 N E S I w D p w L D n w 0 ES p E E B B 0 c o s h 1 n B n B B E Emitterwirkungsgrad: I 1 1 ne I D p w D w N E 0 1 D n w D w N p E E B p E B A B n B B E 0 n B E D E 1 Basistransportfaktor: T 1 w 1 w 2 D c o s h L 2 B B n B n B nb Seite 97

98 Bipolartransistor Stromverstärkung in ES: B N I I 1 C C I I I 1 / A 1 B E C N T 1: B N D n w D w N D p w D w N n B B 0 E n B E D E p E E B p E B A B 0 Dotierprofil: Feld in Basis: d p ( x ) J e p µ E ( x ) e D 0 p p p dx E ( x) U d N ( x ) T A B N ( x ) d x AB Seite 98

99 Bipolartransistor Gummelplot Stromverstärkung Seite 99

100 Bipolartransistor Kirk-Effekt: Seite 100

101 Bipolartransistor Ausgangskennlinien BS: I A I I (1 A A ) A I I C N E C s N I N E C B 0 ES: I B I I / (1 A ) B I I C N B C B O N N B C E 0 Seite 101

102 Bipolartransistor Basisschaltung: i C fü r 1 i w B E D p w w B c o s h p E E 0 B 1 c o s h L L n B D n w n B n B B 0 E w B w B c o s h 1 jn L 2 L nb nb j n fü r w B L n B Im =0 real Re 2 w B 1 j ideal 1 2 D nb Seite 102

103 Stromverstärkung Halbleiterbauelemente 1 Bipolartransistor Emitterschaltung: 0 1 j n i C 2 i 1 w B w B B 1 c o s h 1 j n 1 2 L 2 L nb nb j n Grenzfrequenzen: 3dB: 2 D 1 nb b z w. w 2 B n Transitfrequenz: T 2 D nb w 2 B Frequenz (Hz) Seite 103

104 Bipolartransistor Ersatzschaltbilder niedrige Frequenzen höhere Frequenzen Seite 104

105 Bipolartransistor Transitfrequenz: 1 U 0 T f T F C C J E B J C 2 r c c 2 I µ C 1 F E C C F 2 2 w w w E B 2D B D 2v s C B p E N n B s Maximale Oszillatorfrequenz: f m a x 8 R f B T C J B C Seite 105

106 Hetero-Bipolartransistor (HBT) Stromverstärkung: B N D w n n B E B D w p p E B E 0 0 n B 0 n N 2 ib A B N C B N V B N e x p A B E k T GB p E 0 n N 2 ie D E N C E N V E N e x p D E E k T GE B N D w N E e x p E D w N k T n B E D E G E G B p E B A B Seite 106

107 Hetero-Bipolartransistor (HBT) AlGaAs/GaAs Seite 107

108 Hetero-Bipolartransistor (HBT) AlGaAs/GaAs Seite 108

109 Hetero-Bipolartransistor (HBT) SiGe-HBT f T -Vergleich Seite 109

110 Thyristor Struktur IU-Kennlinie x=0 x=d Seite 110

111 Thyristor Funktion DR SR DR Seite 111

112 Thyristor Funktion DR DR DR SR DR SR DR Seite 112

113 Thyristor Strom für U AK >0: Seite 113

114 Strom für U AK >0 und I G >0: Thyristor Transistor 1: I A I I I I C 1 N 1 A C B 0 1 A B 1 I 1 A I I B 1 N 1 A C B 0 1 Transistor 2: I A I I A I I I C 2 N 2 K C B 0 2 N 2 A G C B 0 2 es gilt: I I B1 C 2 I A A I I I N 2 G C B 0 1 C B A A N 2 N 1 Seite 114

115 Stromverstärkung Halbleiterbauelemente 1 Thyristor 1 A A 0 N 1 N 2 DC AC Seite 115

116 Vergleich U Br und U Bf : Thyristor U Br : 1 M d a I M A I I N 1 C B 0 1 M A I n N 1 U Br 1 U C B b r 1 1/ U U A B r C B b r N 1 n U Bf : m it p n p C 1 N 1 A C B 0 1 I M I I I I A I I I I A I I n C 2 N 2 K C B 0 2 fü r I 0 g ilt I I = I u n d I M I A A G A K N 1 N 2 U U 1 A A B f C B b r N 1 N 2 1/ n Seite 116

117 Thyristor Seite 117

118 DIAC Struktur IU-Kennlinie K J 3 J 2 J 1 J 4 A Seite 118

119 TRIAC Struktur IU-Kennlinie Seite 119

120 BE für Mikrowellenfrequenzen BE Schottky-Diode Tunneldiode Backward-Diode Impatt-Diode Resonante Tunneldiode Prinzip Majoritätsträgerstrom Tunneleffekt Tunneleffekt Avalanche und Laufzeit Quanteneffekt Seite 120

121 Bändermodell Tunneldiode IU-Kennliniev n + RLZ p + E F E C E V U U U I I e x p 1 I e x p P S U U U P P T Esaki-Tunnel- Dioden-Strom Seite 121

122 Tunneldiode U=0 U=U P U P <U<U V U>U V U<0 Seite 122

123 Backward Diode Tunneldiode Backward-Diode r d < 0 Seite 123

124 IMPATT Diode SR IMPATT Read hi-lo lo-hi-lo Seite 124

125 IMPATT Diode Seite 125

126 Resonante Tunneldiode Seite 126

127 Resonante Tunneldiode Seite 127

128 Resonante Tunneldiode r d < 0 r d < 0 Seite 128

129 Photonische Bauelemente Absorption spontane stimulierte Emission Emission vor E 2 E 1 h h nach E 2 E 1 h h h d n d t 2 1 abs B n W d n d t dn dt 2 s p o n A n dn dt 2 s tim B n W Seite 129

130 Photonische Bauelemente Seite 130

131 LED Seite 131

132 LED Gap Bandstruktur Seite 132

133 LED Seite 133

134 LED pn-übergang Double Hetero-Übergang Seite 134

135 OLED Seite 135

136 LASER Seite 136

137 LASER Seite 137

138 Photoleiter Seite 138

139 pin-diode Photodiode pn-diode Schottky-Dioden Seite 139

140 Solarzelle Sonnenspektrum Antireflexionsschicht Metallkontakt n-si p-si Seite 140

141 Solarzelle h I R L I L I e x p 1 S U U T R L U I S ( E ) d E L I I e x p 1 I S E U G T L Seite 141

142 I Solarzelle Leerlaufspannung MPP I L U U ln 1 U ln o c T T I S I I L S I / I 1 U L S m U U ln U U ln 1 m T o c T 1 U / U U m T T I Ph R Lopt U m U oc U U U U I I e x p I 1 m s L U U U m m T T T m I m I sc MPP Füllfaktor I U m m FF Wirkungsgrad m m s c s c in I o c U o c I U I U F F P P in Seite 142