Introduksjon til “Solid State Components: Diodes”
27
Halvledere – Semiconductors Atomer med 4 valenselektroner Mange materialer kan opptre som halvledere: SiC, PbS, InAs, GaAs, GaN, ZnO … Kapittel 17 Introduksjon til “Solid State Components: Diodes” Revidert versjon januar 2012 T.Lindem – figurene er delvis hentet fra Electronics Technology Fundamentals Conventional Flow Version, Electron Flow Version, by Robert T. Paynter and B.J. Toby Boydell Ladning og ledning – Charge and Conduction Conduction Band – “Lednings - bånd” - Energitilstand over valens-båndet Et elektron som absorberer energi og “hopper” fra valensbåndet til ledningsbåndet sier vi er i eksitert tilstand (excited state ) Lindem 25. jan. 2012
Transcript of Introduksjon til “Solid State Components: Diodes”
Halvledere ndash
Semiconductors
Atomer
med 4 valenselektroner
Mange materialer kan opptre som halvledere SiC PbS InAs GaAs GaN ZnO
hellip
Kapittel 17Introduksjon
til
ldquoSolid State Components Diodesrdquo
Revidert versjon januar 2012 TLindem
ndash
figurene er delvis hentet fra Electronics Technology FundamentalsConventional Flow Version Electron Flow Version by Robert T Paynter and BJ Toby Boydell
Ladning og ledning ndash
Charge
and Conduction
Conduction
Band ndash
ldquoLednings -
baringndrdquo
-
Energitilstand over valens-baringndet
Et elektron som absorberer energi og ldquohopperrdquo
fra valensbaringndet til ledningsbaringndet sier vi er i eksitert tilstand (excited
state
)
Lindem 25 jan 2012
171 Semiconductors
Covalent
Bonding
ndash
struktur som enkelte atomer bruker for aring
komplettere ldquovalensbaringndetrdquo
til 8 elektroner Det utveksles elektroner med naboatomene -
Silisium med 4 valenselektroner danner en ldquodiamantstrukturrdquo Det utveksles elektroner med naboatomene slik at det dannes en konfigurasjon med 8 elektroner rundt hvert atom
Metan CH4Kovalente bindinger hos C og Sidanner sterke krystallstrukturer
Kjemiske forbindelser soslashker ogsaring
en konfigurasjon med 8 elektroner
171 Semiconductors
Conduction ndash Ledning i rene halvledere
Electron-Hole Pair -
Naringr det tilfoslashres energi I form av varmestraringling loslashftes et elektron fra valensbaringndet opp i ledningsbaringndet
Recombination ndash
Naringr et fritt elektron I ledningsbaringndet ldquofaller nedrdquo
I et ledig ldquohullrdquo
i valensbaringndet Energien frigjoslashres enten som varme eller elektromagnetisk straringling
For aring
loslashsrive et elektron fra denne strukturentrenges en energi paring
11 eV
172 Doping
Doping ndash
En prosess hvor vi ldquoforurenserrdquo
rent (intrinsic) silisium ved aring
tilsette trivalente
og pentavalente
grunnstoffer Dette gjoslashr vi for aring
oslashke ledningsevnen (conductivity) til silisiumkrystallen Ca 1 ldquoforurensningsatomrdquo
pr 106
silisiumatomer
Trivalent Grunnstoff med 3 elektroner i valensbaringndet (ytre skall)
Pentavalent
Grunnstoff med 5 elektroner I valensbaringndet
Trivalent Impurity Pentavalent
Impurity
Aluminum (Al)Gallium (Ga)Boron (B)Indium (In)
Phosphorus (P)Arsenic (As)Antimony (Sb)Bismuth (Bi)
172 Doping
N-Type Materials ndash
vi ldquoforurenserrdquo
med et stoff som har 5 valenselektroner Vi faringr et ekstra elektron som ikke blir med i den kovalente bindingen
Electrons ndash
majority carriers
Holes ndash
minority carriersDet skal lite energi til foslashr detteelektronet frigjoslashres -
ca 005eV
P-Type Materials Vi tilfoslashrer et stoff med 3 valenselektroner Det betyr at strukturen ikke fylles ndash
det mangler et elektron i den kovalente bindingen
Holes ndash
majority carriers
Electrons ndash
minority carriers
172 Doping Setter vi et n-dopet silisium sammen med p-dopet silisium faringr vi en diffusjon av elektroner fra n-siden over til p-siden ( Diffusjon = En drift av elektroner fra et omraringde med hoslashy elektrontetthet til et omraringde med lav elektrontetthet )
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
171 Semiconductors
Covalent
Bonding
ndash
struktur som enkelte atomer bruker for aring
komplettere ldquovalensbaringndetrdquo
til 8 elektroner Det utveksles elektroner med naboatomene -
Silisium med 4 valenselektroner danner en ldquodiamantstrukturrdquo Det utveksles elektroner med naboatomene slik at det dannes en konfigurasjon med 8 elektroner rundt hvert atom
Metan CH4Kovalente bindinger hos C og Sidanner sterke krystallstrukturer
Kjemiske forbindelser soslashker ogsaring
en konfigurasjon med 8 elektroner
171 Semiconductors
Conduction ndash Ledning i rene halvledere
Electron-Hole Pair -
Naringr det tilfoslashres energi I form av varmestraringling loslashftes et elektron fra valensbaringndet opp i ledningsbaringndet
Recombination ndash
Naringr et fritt elektron I ledningsbaringndet ldquofaller nedrdquo
I et ledig ldquohullrdquo
i valensbaringndet Energien frigjoslashres enten som varme eller elektromagnetisk straringling
For aring
loslashsrive et elektron fra denne strukturentrenges en energi paring
11 eV
172 Doping
Doping ndash
En prosess hvor vi ldquoforurenserrdquo
rent (intrinsic) silisium ved aring
tilsette trivalente
og pentavalente
grunnstoffer Dette gjoslashr vi for aring
oslashke ledningsevnen (conductivity) til silisiumkrystallen Ca 1 ldquoforurensningsatomrdquo
pr 106
silisiumatomer
Trivalent Grunnstoff med 3 elektroner i valensbaringndet (ytre skall)
Pentavalent
Grunnstoff med 5 elektroner I valensbaringndet
Trivalent Impurity Pentavalent
Impurity
Aluminum (Al)Gallium (Ga)Boron (B)Indium (In)
Phosphorus (P)Arsenic (As)Antimony (Sb)Bismuth (Bi)
172 Doping
N-Type Materials ndash
vi ldquoforurenserrdquo
med et stoff som har 5 valenselektroner Vi faringr et ekstra elektron som ikke blir med i den kovalente bindingen
Electrons ndash
majority carriers
Holes ndash
minority carriersDet skal lite energi til foslashr detteelektronet frigjoslashres -
ca 005eV
P-Type Materials Vi tilfoslashrer et stoff med 3 valenselektroner Det betyr at strukturen ikke fylles ndash
det mangler et elektron i den kovalente bindingen
Holes ndash
majority carriers
Electrons ndash
minority carriers
172 Doping Setter vi et n-dopet silisium sammen med p-dopet silisium faringr vi en diffusjon av elektroner fra n-siden over til p-siden ( Diffusjon = En drift av elektroner fra et omraringde med hoslashy elektrontetthet til et omraringde med lav elektrontetthet )
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
171 Semiconductors
Conduction ndash Ledning i rene halvledere
Electron-Hole Pair -
Naringr det tilfoslashres energi I form av varmestraringling loslashftes et elektron fra valensbaringndet opp i ledningsbaringndet
Recombination ndash
Naringr et fritt elektron I ledningsbaringndet ldquofaller nedrdquo
I et ledig ldquohullrdquo
i valensbaringndet Energien frigjoslashres enten som varme eller elektromagnetisk straringling
For aring
loslashsrive et elektron fra denne strukturentrenges en energi paring
11 eV
172 Doping
Doping ndash
En prosess hvor vi ldquoforurenserrdquo
rent (intrinsic) silisium ved aring
tilsette trivalente
og pentavalente
grunnstoffer Dette gjoslashr vi for aring
oslashke ledningsevnen (conductivity) til silisiumkrystallen Ca 1 ldquoforurensningsatomrdquo
pr 106
silisiumatomer
Trivalent Grunnstoff med 3 elektroner i valensbaringndet (ytre skall)
Pentavalent
Grunnstoff med 5 elektroner I valensbaringndet
Trivalent Impurity Pentavalent
Impurity
Aluminum (Al)Gallium (Ga)Boron (B)Indium (In)
Phosphorus (P)Arsenic (As)Antimony (Sb)Bismuth (Bi)
172 Doping
N-Type Materials ndash
vi ldquoforurenserrdquo
med et stoff som har 5 valenselektroner Vi faringr et ekstra elektron som ikke blir med i den kovalente bindingen
Electrons ndash
majority carriers
Holes ndash
minority carriersDet skal lite energi til foslashr detteelektronet frigjoslashres -
ca 005eV
P-Type Materials Vi tilfoslashrer et stoff med 3 valenselektroner Det betyr at strukturen ikke fylles ndash
det mangler et elektron i den kovalente bindingen
Holes ndash
majority carriers
Electrons ndash
minority carriers
172 Doping Setter vi et n-dopet silisium sammen med p-dopet silisium faringr vi en diffusjon av elektroner fra n-siden over til p-siden ( Diffusjon = En drift av elektroner fra et omraringde med hoslashy elektrontetthet til et omraringde med lav elektrontetthet )
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
172 Doping
Doping ndash
En prosess hvor vi ldquoforurenserrdquo
rent (intrinsic) silisium ved aring
tilsette trivalente
og pentavalente
grunnstoffer Dette gjoslashr vi for aring
oslashke ledningsevnen (conductivity) til silisiumkrystallen Ca 1 ldquoforurensningsatomrdquo
pr 106
silisiumatomer
Trivalent Grunnstoff med 3 elektroner i valensbaringndet (ytre skall)
Pentavalent
Grunnstoff med 5 elektroner I valensbaringndet
Trivalent Impurity Pentavalent
Impurity
Aluminum (Al)Gallium (Ga)Boron (B)Indium (In)
Phosphorus (P)Arsenic (As)Antimony (Sb)Bismuth (Bi)
172 Doping
N-Type Materials ndash
vi ldquoforurenserrdquo
med et stoff som har 5 valenselektroner Vi faringr et ekstra elektron som ikke blir med i den kovalente bindingen
Electrons ndash
majority carriers
Holes ndash
minority carriersDet skal lite energi til foslashr detteelektronet frigjoslashres -
ca 005eV
P-Type Materials Vi tilfoslashrer et stoff med 3 valenselektroner Det betyr at strukturen ikke fylles ndash
det mangler et elektron i den kovalente bindingen
Holes ndash
majority carriers
Electrons ndash
minority carriers
172 Doping Setter vi et n-dopet silisium sammen med p-dopet silisium faringr vi en diffusjon av elektroner fra n-siden over til p-siden ( Diffusjon = En drift av elektroner fra et omraringde med hoslashy elektrontetthet til et omraringde med lav elektrontetthet )
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
172 Doping
N-Type Materials ndash
vi ldquoforurenserrdquo
med et stoff som har 5 valenselektroner Vi faringr et ekstra elektron som ikke blir med i den kovalente bindingen
Electrons ndash
majority carriers
Holes ndash
minority carriersDet skal lite energi til foslashr detteelektronet frigjoslashres -
ca 005eV
P-Type Materials Vi tilfoslashrer et stoff med 3 valenselektroner Det betyr at strukturen ikke fylles ndash
det mangler et elektron i den kovalente bindingen
Holes ndash
majority carriers
Electrons ndash
minority carriers
172 Doping Setter vi et n-dopet silisium sammen med p-dopet silisium faringr vi en diffusjon av elektroner fra n-siden over til p-siden ( Diffusjon = En drift av elektroner fra et omraringde med hoslashy elektrontetthet til et omraringde med lav elektrontetthet )
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
172 Doping Setter vi et n-dopet silisium sammen med p-dopet silisium faringr vi en diffusjon av elektroner fra n-siden over til p-siden ( Diffusjon = En drift av elektroner fra et omraringde med hoslashy elektrontetthet til et omraringde med lav elektrontetthet )
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
173 The PN Junction ndash
P1
PN
Junction ndash
vi setter sammen
n-type og
p-type materialer
-
Frie elektroner i n-omraringdet vil pgadiffusjon
vandre over til p ndash
hvor de rekombinerer
med rdquohullrdquo Elektronene etterlater seg et positivt ladet omraringde i n -
og der de rekombinerer
med hull for vi et negativt ladet omraringde paring
p-siden-
Det dannes et sperresjikt (depletion
layer
= omraringde uten frie ladningsbaeligrere) mellom de to materialene som straks stopper videre ladningstransport fra n ndash
over til p
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
173 The PN Junction ndash
P2
Electron Diffusion
Depletion
Layer
-
Det dannes fort et tynt sperresjikt rundt ldquojunctionrdquo Sjiktet er fritt for ladningsbaeligrere rsquoDepletedrsquo
for frie elektroner og hull -
Isolator
Barrier
Potential
ndash
Elektronene som har forlatt n-siden etterlater seg et positivt ladet omraringde ndash
og det etableres et neg ladet omraringde paring
p-siden Det dannes en potensialbarriere paring
ca 05 -
07 volt mellom n og p
+ -E Spenningen over sperresjiktet
220 lnlni
Ti n
NdNaVn
NdNaq
kTV
Na = akseptorkonsentrasjonNd = donorkonsentrasjonni = elektron-hullpar konsentrasjon
i det rene halvledermaterialetVT = termisk spenning 26mV ved 300 0K
Typiske verdier Na = Nd = 1022m-3For Si er ni = 15 middot 1016 m -3
Vo = 700mV
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
174 Bias ndash
P1
Bias eller forspenning ndash
et potensial som tilfoslashres pn
junction fra en utvendig spenningskilde (feks batteri) Denne bias-spenning
bestemmer bredden paring
depletion
layer
Forward Bias ndash
Tilfoslashrt spenning motvirker det interne sperrefeltet Dette aringpner for elektrontransport fra n til p
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
174 Bias ndash
P2
Forward Bias (Continued)
Bulk Resistance (RB
)
VF
07 V for silicon
VF
03 V for germanium
Anodep
Katoden
Paring
vanlige dioder vil katoden ofte vaeligre merket med en ring eller prikk
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
174 Bias ndash
P3
Reverse
Bias Tilfoslashrt spenning virker sammen med det interne sperrefeltet Dette sperrer for elektrontransport fra n til p
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
175 PN Junction Diodes ndash
P1
Diode ndash
en komponent som leder stroslashm i en retning
Elektroner vandrer fra Katode til Anode naringr dioden er forspent i lederetning
Ideal Diode Characteristics ndash
would act as a simple switch
Reverse Biased (Open Switch)
ndashhas infinite resistance zero reverse current and drops the applied voltage across its terminals
Forward Biased (Closed Switch)
ndashhas no resistance and therefore no voltage across its terminals
elektroner + _
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
177 Other Diode Characteristics ndash
P1
Bulk Resistance (RB
)
Den ldquonaturligerdquo
motstanden i diodematerialet for p-type og n-type
Denne motstanden faringr betydning naringr dioden leder stroslashm
VF
= 07v + IF
middotRB
)1( TD
nVV
RD eII
ID = diodestroslashmmen
IR = Reverse Current ( lekkasjestroslashm
)
VD
= diodespenningen
VT = termisk spenning = 25mV
n = 1 ev 2
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
177 Other Diode Characteristics ndash
P3
Reverse Current (IR
)
( lekkasjestroslashm
ndash
noen
bruker
betegnelsen
IS )
En liten stroslashm av minoritetsbaeligrere (elektroner i p-omraringdet) vil lekke over sperresjiktet (depletion
layer) naringr dioden er forspent I sperreretning
IR
bestaringr av to uavhengige stroslashmmer
Reverse Saturation Current (IR ) for Si = 10-15 A for Ge
= 10-7
A
Surface - Leakage Current (ISL ) varierer
med overflatens
stoslashrrelse
)1( TD
nVV
RD eII
Det korrekte uttrykk for stroslashmmen i dioden er gitt av likningen
VD
= spenningen over diodenVT = den termiske spenningen = 25mV
ved 300o
Kelvin (se komp fyselektr)
voltTqTkVT 02590
11600
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
177 Other Diode Characteristics ndash
P5
Temperature Effects on Diode Operation
NB Husk disse kurvene er eksponentialfunksjonerBokas fremstilling er ikke helt korrekt
TD
VV
RF eII Hvor voltTqTkVT 02590
11600
Ved 300o
Kelvin
rdquoRevers-stroslashmmenrdquo
IR
vil ogsaring
oslashke med temperaturenLegg merke til at IR
holder seg konstant selv om rdquorevers-
spenningenrdquo
(-VR
)
oslashker hellipStroslashmmen bestemmes kun av antall termisk eksiterte elektroner
Reverse
Current
IR
som funksjon av temperatur ( dioden BAX 12 ) Stiplet linje = typisk verdi -
hel linje = max
verdi iht datablad
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
177 Other Diode Characteristics ndash
P4
Diode Capacitance Depletion
layer
virker som en isolator mellom anode og katode Vi serat dioden kan betraktes som en kondensator naringr den er forspent i sperre-retningHvis spenningen i sperreretning oslashkes -vil tykkelsen paring
depletion
layer
oslashke Det betyr at dioden i sperreretning kanbrukes som en variabel kondensator Det lages spesielle dioder til slikt bruk ndash
rdquovaricap-dioderrdquoBrukes ofte i radiomottakere til frekvens-
innstilling
(stasjonsvalg)
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
178 Diode Specifications ndash
P3
Diode Identification
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
179 Zener Diodes ndash
P1
Zener Diode ndash
a type of
diode that
is designed
to work
in the
reverse
breakdown region of
its
operating curve
Reverse
Breakdown Voltage
(VBR
)
Application Voltage
Regulator
Zener Voltage
(VZ
)
To effekter gir grunnlag for zener-diodens
karakteristikk1
Avalanche
(skred) Frie ladninger akselereres ndash
disse kolliderer med Si-
strukturen
og frigjoslashr nye ladninger2
Zener-effekt
(kvantemekanisk tunneling) E-feltet er saring
sterkt at elektroner rives loslashs fra de kovalente bindingene
3
Avhengig av doping-graden
vil en eller begge disse effektene bestemme zenerdiodens rdquobreakdown voltagerdquo
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
179 Zener Diodes ndash
P3
Zener Operating Characteristics
Zener Knee Current (IZK
)
Maximum Zener Current (IZM
)
Zener Test Current (IZT
)
Zenerspenningen
vil vaeligre temperaturavhengig ndash
dioder med en spenning paring
ca 56 volt vil vaeligre temperaturstabile Vi kaller ofte slike dioder ndash
referansedioder
Zener Impedance (ZZ
) ndashthe zener diodersquos opposition to a change in current
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P1
Light-emitting diodes (LEDs) ndash
lysdioder
er
dioder
som
kan sende
ut
lys
naringr
de faringr
riktig
bias
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
1711 Light-Emitting Diodes ndash
P2
LED Characteristics
Forward Voltage +12 to +43 V (typical)
Reverse Breakdown Voltage -3 to ndash10 V (typical)
Et fritt elektron som rekombinerermed et rdquohullrdquo
vil avgi energi E Avhengig av materialene som benyttes vil denne energien bli avgitt som varme ndash
eller somelektromagnetisk straringling med enfrekvens ( f ) vi oppfatter som lysE = h
f h = Planckrsquos
konstant Gallium ArsenidGaAs
ndash
infraroslashdt lys λ asymp 900nmGallium Arsenid-fosfid
GaAsP
ROslashDT LYS -
ca 20 voltGaP
ndash
GROslashNT LYS -
ca GaN
ndash
BLAringTT LYS
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
22
LYSROslashR (lysstoffroslashr) ndash
fylt av kvikksoslashlvdamp ndash
avgir kraftig ultrafiolett lys med boslashgelengde
2537nm (ikke synlig lys)Roslashret
er
fylt
med et pulver
som
med hoslashy
virkningsgrad
omformer
UV-lyset
fra
kvikksoslashlvdampen
til
bredspektret
lysstraringling
(fluorescens) Dessuten
reduserer
det
flimringen
i UV-lyset UV-lyset
slukker
periodisk
hver
gang stroslashmmen
passerer
null ved
at pulveret
gir
tilstrekkelig
rdquoetterlysningrdquo (fosforescens)Ulike
blandingsforhold
av
ldquolysstoffpulveretsrdquo
komponenter
gir
forskjellige
fargetoner
Hvite lysdioder mm Spektrum 60 W lyspaeligre
Spektrum til sparepaeligre ndashlysroslashr
OLED Organic light-emitting diode
Fosfor-basert
LED
-UVLED dekkes med rsquogultrsquo
fosfor-- Stokes shift
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
Varicap-diode
ndash
Varactor
diode -
Variable capacitance diodeDioden brukes som variabel kondensator i for eksempel resonanskrets
(LC-krets) Kretsens resonansfrekvens bestemmes av spenningen over dioden Sperresjiktets tykkelse varier med spenningen som legges over diodenBrukes i radioapparater for aring
stille inn frekvens til oslashnsket radiokanal ( NRK P1 Tryvann
887 MHz NRK P1 Halden 948 MHz )
Spenning i sperreretning
Resonanskrets
HzLC
fr 21
Spesielle dioder
0112 V
NNqW
DA
Sdep
Typiske verdier for Wdep
= 01 -
1microm
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
Tunell diode oscillatorDet er innenfor et lite spenningsomraringde neg motstand opptrer ( 02 -05 volt ) Signalspenningen begrenses derfor til ca 300mV Vi bruker ofte en transformator slik at signalspenningen tilpasses etterfoslashlgende kretser
Tunnel diode (Esaki-diode) Ivar Giaeligver -
nobelprisvinner i fysikk 1973
ndash
prof UiO 1989
Ved sterk doping kan spenningen over sperresjiktet bli saring
hoslashy at de kovalente bindingene brytesDet oppstaringr frie elektroner ndash
foslashrst naringr vi paringtrykker en tilstrekkelig ytre spenning i lederetning vil kovalente bindinger etableres ndash
stroslashmmen avtar (negativ motstand) Deretter foslashlger stroslashmmen en eksponentialfunksjon ndash
litt forskjellig fra en vanlig pn-junction
diode Slike dioder brukes i hovedsak til UHF og mikroboslashlge applikasjoner
Spesielle dioder
Leo Esaki Ivar
Gjaeligver
og
BDJosphson
for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors
httpwwwvitennobiografi
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
25
Spesielle dioder
Diode med ekstremt liten kapasitans over ldquojunctionrdquo Det betyr at dioden kan arbeide med meget hoslashye frekvenser
Vi har erstattet p-halvlederen med et metall Dvs vi har ingen normal pn-junction
ndash
derfor liten rdquojunctionrdquo
kapasitans Bare majoritetsbaeligrere (elektroner) deltar i ladningstransporten Schottky dioder har lavt spenningsfall i lederetning ndashca 015 ndash
045 volt hvor Si pn-junction
har ca 07 -
1 voltUlempe ndash
relativt hoslashy lekkasjestroslashm i sperreretning
Schottky diode
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
26
Schottky diode
Spesielle dioder
Fermi-nivaring
tilmetallet
Baringndgapet til halvlederen EGEnergien til elektroner i lednigsbaringndet
EC-
minus energien til valenselektronene EV
Naringr man setter en halvleder sammen med et metall kan det oppstaring
en rdquoSchottky Bariererdquo Hoslashyden paring
denne barrieren bestemmes av energinivaringet i ledningsbaringndet i halvlederen EC
og Ferminivaringet
til metallet EF
Hvor stort barrierepotensialet faktisk blir -
har vaeligrt diskutert i lang tid
Kjennskapet
til
Fermi-Dirac-statistikk har
vaeligrt
av
grunnleggende
betydning
for forstaringelsen
av
metallers
elektriske
og
termiske
ledningsevne -
for elektronemisjon -
for studier av
atom-
og
molekylstrukturer
mm Spesielt interesserte henvises til kurs i halvledermaterialer og
kvantemekanikk
EC
EV
Halvleder
EF
MetallE E
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
27
Digitalt kamera
Bayer filter
nmlysnmw
ch
cfwfheV)Si(w
g
gg
7403801100
11
JseVsh
fhwPlanck3415 1063610144
Lys
rdquoSolcellerdquo
End
- Slide Number 1
- 171 Semiconductors
- 171 Semiconductors
- 172 Doping
- 172 Doping
- 172 Doping
- 173 The PN Junction ndash P1
- 173 The PN Junction ndash P2
- 174 Bias ndash P1
- 174 Bias ndash P2
- 174 Bias ndash P3
- 175 PN Junction Diodes ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P1
- 177 Other Diode Characteristics ndash P3
- 177 Other Diode Characteristics ndash P5
- 177 Other Diode Characteristics ndash P4
- 178 Diode Specifications ndash P3
- 179 Zener Diodes ndash P1
- 179 Zener Diodes ndash P3
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P1
- 1711 Light-Emitting Diodes ndash P2
- Slide Number 22
- Slide Number 23
- Slide Number 24
- Slide Number 25
- Slide Number 26
- Slide Number 27
-
