M1 p-n-Übergang

Thema

Der Kontakt zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Bereich dieses Halbleitermaterials erzeugt durch die Diffusion von Majoritätsladungsträgern, die durch diesen Kontakt ausgelöst wird, bis zum Erreichen des Gleichgewichts eine Verarmungszone zwischen ihnen: Die Majoritätselektronen aus dem n-dotierten Bereich diffundieren durch diesen Kontakt in den p-dotierten Bereich, und die Majoritätslöcher aus dem p-dotierten Bereich diffundieren in die entgegengesetzte Richtung in den n-dotierten Bereich. Diese gegenseitige Überquerung der Majoritätsladungsträger leert die Verarmungszone auf beiden Seiten des Kontakts. Dies wird in einem anderen Modell dieses Systems genutzt, um die Kapazität dieses Übergangs in Abhängigkeit von der angelegten Spannung zu bestimmen. Setzt sich diese Diffusion der Majoritätsladungsträger über einen längeren Zeitraum fort, bevor das Gleichgewicht erreicht ist, dehnt sich die Verarmungszone folglich auf beiden Seiten des Kontakts weiter aus.

Die Diffusion dieser Majoritätsladungsträger aus ihren jeweiligen Ursprungsbereichen durch diesen Kontakt legt in derselben Verarmungszone die fixierten Ladungen der bereits ionisierten Donator- und Akzeptor-Verunreinigungen frei, wie in einem anderen Modell dieses Systems detaillierter beschrieben. Das von diesen freiliegenden, fixierten Ladungen erzeugte interne elektrische Feld verlangsamt letztendlich die Diffusion der Majoritätsladungsträger und stellt so das Kontaktpotenzial dieses p-n-Übergangs im Gleichgewicht ein. Dieses Kontaktpotenzial entspricht genau der Potenzialbarriere, die dieses interne elektrische Feld erzeugt, um eine weitere Diffusion der Majoritätsladungsträger durch diesen Kontakt zu verhindern. Eine höhere Konzentration dieser bereits ionisierten Donator- und Akzeptorverunreinigungen auf beiden Seiten dieses Kontakts führt zu einem höheren Kontaktpotenzial.

Daher bestimmt dieses Modell mit der Verarmungszone und dem Kontaktpotential, mit dem sie sich öffnete, zusammen mit einer beliebigen extern angelegten Vorspannung an diesem p-n-Übergang, gemäß dem bereits verwendeten Shockley-Modell, mit dem die Parameter aus einer gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie extrahiert wurden, ein weiteres Modell dieser Reihe, den Diodenstrom dieses p-n-Übergangs: Eine Vorwärtsvorspannung reduziert die durch dieses Kontaktpotential auferlegte Potentialbarriere und ermöglicht ein exponentielles Anwachsen des Diodenstroms, während eine Rückwärtsvorspannung ihn erhöht und den Diodenstrom blockiert hält, bis ein ausreichend hohes elektrisches Rückwärtsfeld, wie in einem anderen Modell dieser Reihe beschrieben, entweder den Band-für-Band-Tunneleffekt oder die Lawinenvervielfachung auslöst und diese Blockade im Durchbruch aufhebt. Die Tatsache, dass dieser p-n-Übergang mit dieser Verarmungszone und diesem Kontaktpotential, mit dem dieses Modell eröffnet wurde, die gemeinsame physikalische Grundlage bildet, auf der andere, von diesem Satz verschiedene Modelle beruhen, die jeweils ein aus demselben p-n-Übergang aufgebautes Halbleiterbauelement beschreiben, bedeutet, dass sich jede Variation dieser Verarmungszone oder dieses Kontaktpotentials folglich auf das Verhalten all dieser anderen Halbleiterbauelemente auswirkt.

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