6장 pn접합 다이오드 : I-V 특성 6.1 이상적인 다이오드 방정식 6.1.1 정성적 유도 6.1.2 정량적 풀이전략 6.1.3 적합한 유도방식 6.1.4 결과의 고찰 6.2 이상값과의 차이 6.2.1 이상적 이론 대 실험 6.2.2 역방향 바이어스 항복 6.2.3 R-G 전류 6.2.4 VA-Vbi 높은 전류현상들 6.3 특별한 고려사항들 6.3.1 전하조절 근사화 6.3.2 협폭 베이스 다이오드 6.4 요약과 결론
6.1 이상적인 다이오드 방정식 6.1.1 정성적 유도 - 전자의 관점에서 보면 p형에서 n형쪽으로의 표동전류는 n형에서 p형쪽으로의 확산전류와 평형상태에서 정확히 균형을 이룸.
- 포텐셜언덕이 감소 더 많은 n형쪽 전자들과 p형쪽 정공들이 언덕을 넘어서 접합의 반대편으로 이동. - 소수 캐리어에 의한 전류는 여전히 존재하며 큰 변화가 없음. - 포텐셜언덕 인가된 순방향 바이어스에 따라 선형적으로 감소. - 포텐셜언덕을 넘기에 충분한 에너지를 갖는 캐리어의 수 VA에 따라 지수적으로 증가. - 순방향 전류는 인가된 전압의 지수적으로 증가하는 함수.
- 포텐셜언덕의 증가 접합을 가로지르는 다수 캐리어 확산을 무시할 정도까지 감소시킴. - 소수 캐리어는 공핍영역으로 움직이고 접합의 다른편으로 이동. 접합의 n형에서 p형으로의 전류흐름을 만든다. -
R-G center Injected and extracted carriers are resupplied and the status quomaintained by recombination and generation at the R-G center
6.1.2 정량적 풀이전략 일반적 고려사항들 - 기본적 가정들 (1) 다이오드는 정상상태에서 동작된다. (2) 축퇴되지 않게 도핑된 계단형접합은 도핑단면도를 모델링한다. (3) 다이오드는 1차원이다. (4) 저준위 주입은 준중성 영역에서 우월하다. (5) 다이오드 안에서 발생하는 표동, 확산, 열적 재결합-생성 이외의 과정은 없다. 특히, GL = 0. - 전류를 계산하는 데 유용한 일반적 관계식
Quasineutral Region Considerations: - 소수 캐리어 확산 방정식
- Under the steady state considerations with GL = 0 - 그런데, , , 이므로,
공핍층영역 연속 방정식 기본적 가정 하에서 JN와 JP 미분치는=>0 JN와 JP 는 일정 상수 “ 0 ” 이라 가정하면
- JN와 JP는 언급된 가정하에서 공핍영역 안의 위치에 관계없이 일정 - 공핍영역에서 JN와 JP 해들을 합하면
경계 조건들
- ohmic접촉에서 접합의 법칙 - 공핍영역 끝에서 (a) at -xp
(b) at xn 공핍영역 전체에서 FN-FP =qVA라는 가정 또는 다이오드안의 FN =EFn와 FP =EFp에서 준페르미 준위들이 일정하다는 가정은 공핍끝 경계조건들을 얻는 데 중심이 되고 전체적인 해석에 대해 중요.
Game plan (1) Solve the minority carrier diffusion equations. (2) Compute the minority carrier current densities. (3) Evaluate JN(x) and JP(x). (4) Finally find the total current.
6.1.3 적합한 유도방식 계산상 편의를 위해 좌표축을 이동
- 확산 방정식의 풀이 (a) 따라서, where 경계조건을 일반해에 대입,
(b)
- 따라서 총 전류는
6.1.4 결과의 고찰 - 이상적 I-V
- 포화전류 1, Io의 크기는 다이오드를 제작하기 위해 사용되는 반도체의 재료에 의해 변할 수 있다. - 상온에서 Ge의 ni 1013/cm3 반면에 Si의 ni 1010/cm3이다. - Ge 다이오드는 비교할만한 Si 다이오드보다 약 106배 큰 역방향 바이어스 포화전류를 보일 것으로 기대. 2, 비 대칭적으로 도핑된 접합의 경우
- 캐리어 전류 Fig6.7 pp256
- 캐리어 농도