Übung 9.4-1

Schnelle Fragen zu

9.4 Der pn-Übergang

Schnelle Fragen zu 9.4.1: Grundsätzliches
Zeichne das Banddiagramm eines pn-Übergangs im Gleichgewicht. Folge dabei dem drei-Stufen-Rezept.
Wie groß ist die Dichte der Majoritäten nmaj und Minoritäten nmin in den Bereichen ohne Bandverbiegung? Gib die einfachen Näherungsformeln.
Zeichne unter das Banddiagramm jeweils log(nmaj) und log(nmin). Welche weitere Konzentration tritt zwangsweise prominent in Erscheinung; etwa in der Mitte des pn-Übergangs?
Wie groß ist die Kontaktspannung in Formeln und ungefähr in Volt?
Zeichne Partialströme in einem Band ein und begründe was sie treibt.
Was geschieht mit Majoritätsladungsträgern oder Minoritätsladungsgträgern, wenn sie an den Rand der Raumladungzone diffundieren?
Was ist im Bild unten dargestellt, was sind die Symbole?
pn Übergang
Wie ungefähr würde das Bild aussehen, wenn die Dotierkonzentrationen des n- und p-Teils sehr verschieden wären?
Wieviel Minorititätsladungsträger rekominbinieren im Mittel pro Sekunde weit weg vom pn-Übergang? Wieviele werden generiert? Wie weit kommen sie im Mittel?
     
Schnelle Fragen zu 9.4.2: Ströme im pn-Übergang im Gleichgewicht
 
pn_übergang im Gleichgewicht
Benenne die eingezeichenten Ströme in einem der Bänder (mindestens 2 Bezeichnungen).
Was sind die treibenden Kräfte für diese Ströme?
Zu was muss jR notgedrungen proportional sein? (Gleichung)
Hinweis: Man kann auf die Dauer nicht mehr Geld vom Konto abfliessen lassen, als eingezahlt wird.
In welcher Größenordnung muss die Proportionalitätskonstante liegen? Welche Maßeinheit hat sie? Wäre es ein großer Fehler, sie = 1 zu setzen?
Wie groß ist jF im Gleichgewicht ausgedrückt mit jR? Wie könnte man jF auch darstellen?
Hinweis: Es geht darum, wieviele der gegen eine Energiebarriere anlaufenden Elektronen die Barriere überwinden können.
Angenommen, der n-Teil ist viel stärker dotiert als der p-Teil. Welcher jR ist größer?
     
Schnelle Fragen zu 9.4.3: Die Kennlinie des pn-Übergangs
Zeichne zwei Banddiagramme für einen pn-Übergang mit angelegter positiver oder negativer externer Spannung Uex
Hinweis 1: Überlegen, wo allenfalls noch Gleichgewichtsbedingungen als Näherung angenommen werden dürfen

Hinweis 2: Mit der Größe der Spannung in Vorwärtsrichtung aufpassen!
Was macht jR als Funktion der Spannung qualitativ und quantitativ?
Was macht jF als Funktion der Spannung qualitativ? Wie ergibt sich daraus Durchlaß- und Sperrverhalten?
Bergünde die folgende Gleichung, nutze ggf. eine jF Gleichung von oben
|jF(Uex)|  =   |jF(Uex = 0)| · exp + eUex
kT 
 =   |jR| · exp + eUex
kT 
Wie lautet damit die Diodengleichung j(U) für ein Band? Für beide Bänder? Wie lautet sie näherungsweise für |Uex| > 0.x V?
Wie lautet die Beziehung zwischen Diffusionslänge L, Lebensdauer t und Diffusionskoeffizient D? Schreibe damit jR so um, dass entweder nur die Diffusionslänge oder nur die Lebensdauer vorkommt.
Was passiert mit dem Sperrstrom einer Diode, wenn das zugrundeliegende Si "dreckig" ist.
Hinweis: Si ist ein indirekter Halbleter, und die Lebensdauer t hängt ab von ... ? Wie?
Zeichne eine Diodenkennlinie a) linear, b) halblogarithmisch. Diskutiere den Zusammenhang mit der Diodengleichung und Grenzen.
Hinweis: Es gilt immer der 1. Haupsatz der MaWi.
Schwere Frage: Warum findet man für den Sperrbereich zwar Bandidagramme wie unten links gezeigt, nie jedoch ähnliches für den Vorwärtsbereich (unten rechts)?
Hinweise: Man berechne den Vorwärtstrom mit vernünftigen Annahmen für Spannungen > 1 V
Banddiagramm Übung

Mit Frame Mit Frame as PDF

gehe zu 9.4.1 Grundsaetzliches

gehe zu 9.4.2 Stroeme im pn-Uebergang im Gleichgewicht

gehe zu 9.4.3 Die Kennlinie des pn-Uebergangs

© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)