Přednáška č 1: Dioda Nanofotonika a Nanoelektronika (SLO/BNNE)

Prezentace na téma: "Přednáška č 1: Dioda Nanofotonika a Nanoelektronika (SLO/BNNE)"— Transkript prezentace:

1 Přednáška č 1: Dioda Nanofotonika a Nanoelektronika (SLO/BNNE)
Jan Soubusta 2018 Nejjednodušší polovodičová součástka, která se používá pro usměrňování elektrického proudu.

2 Obsah JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ
DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

3 JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

4 1. Jak funguje doida? Nejjednodušší elektronický prvek Jak funguje?

5 JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

6 2. Důležité vlastnosti polovodičů
pohyb elektronů v polovodiči je určen pásovou strukturou povolené a zakázané pásy kolektivní chování identických elektronů lze popsat efektivně pomocí kvazičástic elektron a díra = Blochovské vlnové funkce chová se jako volná částice, ale s efektivní hmotností m* Jaká jsou vlastní čísla elektronu / díry?

7

8 JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

9 3. Dopování polovodičů Diodu můžeme vytvořit změnou dopování části polovodiče. Miniaturní součástky se vyrábějí pomocí litografie.

10 Donory n-typ Akceptory p-typ majoritní nosiče: elektrony, nn minoritní nosiče: díry, pn tady je to obráceně, np, pp

11 JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

12 4. P-N přechod v rovnováze

13 podmínka nábojové neutrality
Gaussův zákon Elektrický potenciál ve Voltech

14 Difuzní potenciál šířka oblasti prostorového náboje difuze
drift vlivem elektrického pole Pro odvození budeme potřebovat Einsteinův vztah: V oblasti prostorového náboje (ochuzená vrstva) vzniká vnitřní elektrické pole (difuzní potenciál).

15 Termodynamická rovnováha
Bez vnějšího pole je v rovnováze drift a difuze nosičů proudu

16 JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

17 5. Nerovnovážný p-n přechod
propustný směr, zúžení w eV

18 V > 0 závěrný směr, rozšíření w V < 0 eV

19 Obsah JAK FUNGUJE DIODA? DŮLEŽITÉ VLASTNOVTI POLOVODIČŮ
DOPOVÁNÍ POLOVODIČŮ P-N PŘECHOD V ROVNOVÁZE NEROVNOVÁŽNÝ P-N PŘECHOD I-V CHARAKTERISTIKA

20 6. I-V charakteristika V propustném směru se zvýši koncentrace
minoritních nosičů na hranici prostorového náboje: Δn, Δp > 0 Proud přes p-n přechod zajišťuje difuze nekompenzovaných minoritních nosičů. fotodioda

21 P-N přechod pro nanofotoniku
LED Laser

22 KONEC