OY/PJKOMP R 017 Puolijohdekomoeie erusee 571A Rakaisu, Kevä 017 1. Massavaikuuslai mukaisesi eemmisö- ja vähemmisövarauksekuljeajie ulo o vakio i, joka riiuu uolijohdemaeriaalisa ja lämöilasa. Kuvasa 1 ähdää, eä - uole 0 17 ja 0, joe 17 00 i i. Sama o voimassa myös -uolella (0 5 ja 0 5 ), koska - ja -uoli ova samaa uolijohdea. 17 8 Tyhjeysalue 15 5 x 0 x 0 x Kuva 1. Biasoidu (jäieellise) -liiokse varauksekuljeajakoseraaio. Koska vähemmisövarauksekuljeajie koseraaio (-uolella) ja (-uolella) kasvava asaaioarvoihisa ähde lähesyäessä yhjeysaluea, voidaa ääellä liiokse oleva ääsöjäiee alaisea. Koska ääsöjäie Uf o vasakkaismerkkie liiosoeiaalille U0, ii kokoaisjäie liiokse yli väheee arvoo U0 Uf. Kokoaisoeiaali laskiessa yhä useammalla aukolla ja elekroilla o areeksi eergiaa diffusoiumaa jäljelläoleva oeiaalivalli yli vasakkaiselle uolelle -liiosa. Tämä vuoksi vähemmisövarauksekuljeajie koseraaio ova kasvaee yhjeysaluee rajoilla. Siirryäessä oisäi yhjeysalueela rekombiaaio odeäköisyys kasvaa ja vähemmisövarauksekuljeajie koseraaio laskee eksoeiaalisesi (kuvassa lieaarisesi logarimise y-akseli vuoksi). (c) jekoiu elekroikoseraaio Δ o se ylimäärä elekroeia, joka diffusoiuva - uolela -uolelle ulkoise jäiee myöä. Elekroie määrä väheee -uolella siis eksoeiaalisesi arvosa Δ kohi arvoa liikuaessa yhjeysaluee reuala syvemmälle. Kuvasa ähdää, eä d(0) ( 8 - ) -» 8 1
OY/PJKOMP R 017 (d) Pääsöjäiee suuruus saadaa hyödyämällä ieijekio-oleusa: ( x ) 0 qu ex k U k ( x0 ) l 0,0585 V l 0,97 V» 0,V 5 q
OY/PJKOMP R 017 Puolijohdekomoeie erusee 571A Rakaisu, Kevä 017. Vähemmisövarauksekuljeajie koseraaio saadaa massavaikuuslai avulla 1-0 i i 4» 0,5 (-uoli) 16 Nd 4 1-0 i i» 0,15 (-uoli) 17 Na 8 Laskuje mukaa -uolella o eemmä vähemmisövarauksekuljeajia (aukkoja). Liiokse yli ijekoiuje elekroie koseraaio -uole yhjeysaluee reualla saadaa väheämällä yhjeysaluee reualla olevie elekroie kokoaiskoseraaiosa douauksesa johuva -uole vähemmisövarauksekuljeajie koseraaio eli Δ( x0) qu ( -x ) - ex - k Ø qu ø 0 Œ - 1 ex œ º k ß Ø 0,5 ev ø 7 15 Œex 9,486...» 9,5 º 0,0585 ev ß - 7 (c) iodi kylläsysvira o 0 qa L L qa q A m k B T m k B T qm k A, koska y μμ 1,60-19 C 1,1160... -15 400 / Vs A» 1, fa 1,81 00 J 1,5 15-6 s 500-6 s iodi kokoaisvira o Ø qu ø 0 Œex 1, º k ß -15 Ø AŒex º 0,75 ev 0,0585 ev ø ß 0,004807...» 4,8 ma
OY/PJKOMP R 017 (d) Pieijekio-oleuksessa ijekoiuje vähemmisövarauksekuljeajie määrä oleeaa ieeksi suheessa eemmisövarauksekuljeajii eli Δ<< ja Δ<<. Tämä oleus o virheellie viimeisää ku Δ ai Δ (ku ijekoiuje varause koseraaio o yli % eemmisövarauksekuljeajakoseraaiosa, voidaa oleus usei jo kyseealaisaa). Koska -kohdassa huomaii, eä -uolella o eemmä vähemmisövarauksekuljeajia (aukkoja) ja vähemmä eemmisövarauksekuljeajia (elekroeja), ii -uolella vähemmisövarauksekuljeajie koseraaio ousee aikaisemmi eemmisövarauksekuljeajie asolle jäiee kasvaessa. Tämä vuoksi ukimme - uole aahumia. Ø qu ø Œex º k ß k k N d U l 1 l 1 q q i 0,0585 V 4 l 16 1 0,7859...V» 0,79 V Jäiee ousessa ähä arvoo ijekoiuje aukkoje koseraaio saavuaa -uole elekroie koseraaio ja ieijekio-oleamusa ei voida käyää (s. korkeaijekio). 4
OY/PJKOMP R 017 Puolijohdekomoeie erusee 571A Rakaisu, Kevä 017. Vähemmisövarauksekuljeajisa aiheuuva diffuusiovira heikeyy liikuaessa yhjeysalueesa oisäi ja se muuuu eemmisövarauksekuljeajie keävirraksi. Esimerkiksi -liiokse -uolella vähemmisövarauksekuljeaja (aukko) kulkee keskimääri maka L ee rekombioiumisa eemmisövarauksekuljeaja (elekroi) kassa. Ku aukko rekombioiuu elekroi kassa, voidaa ajaella, eä aukkovira (diffuusiovira) muuuu elekroivirraksi (keävira). Valessikaisa auko uhoamiseksi vaadiaa, eä siihe siiryy elekroi johavuuskaisala, jolloi arviaa uusi elekroi korvaamaa meeey (eli syyy elekroie viraa). Toisi saoe siä suuremi osa vähemmisövarauksekuljeajie diffuusiovirrasa muuuu eemmisövarauksekuljeajie keävirraksi, miä kauemmaksi yhjeysaluee reuala kuljeaa kohi elekrodia. iodi kokoaisvira o siis diffuusio- ja keäviroje summa ja se ysyy vakioa diodi jokaisessa kohdassa. Tyhjeysaluee yli kulkee vai diffuusioviraa (auko diffusoiuva - uolelle ja elekroi -uolelle). Tarkaselu koheea olevalla -uolella aukkoje diffuusiovira muuuu arvosa (0) (yhjeysaluee reua, x00) arvoo (w) (elekrodi koha, x0w). Koska ämä aukkoje diffuusiovirra muuos korvauuu elekroie keävirralla, voidaa keävirraksi muuuva osuus rakaisa diffuusiovirra muuoksesa. iffuusiovirra suheellie muuos keävirraksi siirryäessä -uole yhjeysaluee reuala elekrodille o w - w w q cosh sih (0) - ( w ) ( w ) L L L 1-1- ( 0) (0) (0) w w sih q cosh L L L 1 1- w cosh L Riiue siis euraali -aluee (ulouu siis yhjeysaluee reuasa elekrodille) leveydesä w aukkoje diffuusiovirrasa elekroie keävirraksi muuuva osa o J 1 w 5L 1-0,9865...» 99 % J (0) cosh(5) L J 1 w 1-0,004...» % 4 J (0) cosh(1/ 4) Eli ku euraali -aluee iuus o eljäsosa aukkoje diffusioiuudesa (lyhy diodi), vai % aukkoje virrasa muuuu elekroie virraksi rekombiaaio kaua. Neuraali aluee iuude kasvaessa viisikeraiseksi diffuusioiuuee ähde lähes kaikki (~99 %) auko rekombioiuva elekroi kassa ee elekrodia (eli aukkoje vira muuuu elekroie virraksi). 5