Übung 9.3-1

Schnelle Fragen zu

9.3 Raumladungszonen und Übergänge

Schnelle Fragen zu 9.3.1: Grundsätzliches
Das Bild unten zeigt Konzentrationen von Bor (B) und Phosphor (P)i n einem Stück Si. Ist ein pn-Übergang vorhanden? Falls, ja, warum und wo? Welche Seite wäre ggf. n-Si, welche p-Si?
Wo ist der pn-Übergang?
Wie würde man solche Konzentrationsprofile machen?
Was ist ein Schottky Kontakt (qualitative I-U-Kennlinie angeben). In was unterscheidet er sich von einem Ohmschen Kontakt (qualitative I-U-Kennlinie angeben)? Welche Materialien sind in beiden Fällen im Kontakt?
Nenne (im Zweifel "gefühlt") einige andere Kontakte mit nicht-linearer Kennlinie (d. h. keine Ohmschen Kontakte).
Wie macht man elektronisch interessante Kontakte ganz sicher nicht - und warum ? Wie macht man es, oder könnte es prinzipiell machen?
Warum sind Diffusion und die Fickschen Diffusionsgesetze die Grundage aller Halbleitertechnologie?
     
Schnelle Fragen zu 9.3.2: Oberflächenzustände und Bandverbiegung
Wie dick ist eine reale Oberfläche mindestens? Wieviele Atome pro cm2 finden ungefähr Platz auf der Oberfläche für einen Kristall mit Gitterkonstante a?
Warum gibt es für Elektronen an der Oberfläche Zustände in der Energielücke; oder generell andere Zustände als für Elektronen im Volumen?
 
Oberflächenzustände
Wie groß ist in etwa die Zahl der Zustände für die gezeigten Oberflächenzustände in cm–2 und cm–3 (endliche Dicke beachten). Nebenbei: Wie kommt man von der Zustandsdichte zur Gesamtzahl?
Gegeben sei eine große Zahl von Oberflächenzuständen wie im nebenstehenden Bild angedeutet. Wo kann die Fermienergie nur liegen?
Hinweis: Überwiegend nicht besetzt Zustände liegen immer oberhalb der Fermienergie.
Wie sieht das Banddiagramm vermutlich an einer Korngrenze in polykristallinen Halbleitern aus?
 
Was geschieht, wenn sich ein n-Halbleiter mit seiner Oberfläche "in Kontakt" setzt?
Hinweis: Man versetze sich in die Lage der Elektronen im Leitungsband, die auf der Suche nach Plätzen mit niedrigerer Energie sind.
Was geschieht, wenn sich ein p-Halbleiter mit seiner Oberfläche "in Kontakt" setzt?
Hinweis: Man versetze sich in die Lage der Löcher im Valenzband, die auf der Suche nach Plätzen mit höherer Energie sind.
Konstruiere für beide obigen Fälle das Banddiagramm; folge und erläutere dabie das "drei-Stufen-Rezept".
Was für Partialströme fließen über die Raumladungszone? Wie groß sind sie? Was sind die treibenden Kräfte für diesen Stromfluss?
Wieso ist die Fermienergie im Gleichgewicht überall gleich groß?
Rutschen die Bänder an Stellen negativer Ladung "rauf" oder "runter"? Wie kann man sich das sofort klarmachen?
Das nachfolgende Bild zeigt ein Banddiagramm, bei dem die Bandverbiegung in Leitungs- und Valenzband verschieden ist - die Löcher könnten ja andere Verhältnisse haben als die Elektronen. Warum ist das Blödsinn und komplett falsch?
 
Falsches Banddiagramm
 
Schnelle Fragen zu 9.3.3: Bandverbiegung und Raumladungszone
Warum gibt es in Raumladungszonen so gut wie keine freien Ladungsträger? Nenne zwei Gründe!
 
   
1.      CRLZ  =  2 · eSi · e0 · F
dRLZ  
     
2.     CRLZ  =  e2 · (ND · F · dRLZ)
DEF 
dRLZ  =   æ
ç
è
2 · er · e0 · DEF
e2 ·ND
ö
÷
ø
½
Wir kommt man auf die erste Gleichung zur Kapazität einer Raumladungszone? Begründe insbesondere den Faktor 2.
    Was soll man sich unter der Dielektrizitätskonstanten eSi eines Halbleiters vorstellen? Wie groß ist sie etwa? Welcher Polarisationsmechanismus ist beteiligt?
Welche Definition einer Kapazität C steckt hinter der zweiten Gleichung? Was steht im Nenner und was im Zähler? Wo kommt der Ausdruck "Kontaktspannung" zum Tragen?
Wie kommt man auf die Formel für die Weite dRLZ der Raumladungszone (Herleitung).
Wie ist die dRLZ-Formel zu verändern, wenn man zusätzlich zur Kontakspannung noch eine externe Spannung Uex anlegt?
 
Wie groß ist in etwa das elektrische Feld ERLZ in einer RLZ? Formel? Skizziere halbwegs quantitativ dRLZ und ERLZ über ND.
Hinweis: Die maximale Kontaktspannung hat etwas mit der Bandlücke zu tun
Skizziere in einem Orstbild die Verteilung der Ladungen und das elektrische Feld im Halbleiter-Oberfläche Kontakt.
Warum kann man die Kontaktspannung mit einem Voltmeter nicht messen?
     

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© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)