Fisica del diodo - dispense PDF

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ELETTRONICA ANALOGICA

La fisica del diodo

Ele-B-1

Elettronica I - A.A. 2018/2019

diodi

Ele-B-2

Elettronica I - A.A. 2018/2019

DROGAGGIO CON ATOMI DONORI (P, As) (drogaggio di tipo n)

+5

P

S.M. Sze “Dispositivi a semiconduttore” Ed. Hoepli

Si drogato con As Ele-B-3

Elettronica I - A.A. 2018/2019

DROGAGGIO CON ATOMI ACCETTORI (B) (drogaggio di tipo p)

+3

B +q

S.M. Sze “Dispositivi a semiconduttore” Ed. Hoepli

Si drogato con B Ele-B-4

Elettronica I - A.A. 2018/2019

+5

P

Ele-B-5

Elettronica I - A.A. 2018/2019

+5

P

Questa regione ha acquistato un elettrone (che ora è bloccato in un legame) e quindi si è caricata negativamente Ele-B-6

Questa regione ha perso un elettrone e quindi si è caricata positivamente Elettronica I - A.A. 2018/2019

regione P + +

+

Ele-B-7

-

+

-

B +

B +

-

+

B

-B +

-B +

-B +

-B

-

-

B

-B B

-

B +

regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Elettronica I - A.A. 2018/2019

regione P + +

+

Ele-B-8

-

+

-

B +

B +

-

+

B

-B +

-B +

-B +

-B

-

-

B

-B B

-

B +

regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Elettronica I - A.A. 2018/2019

regione P + +

+

-

-

+ B +

-

+

B

B

-B

-B

-B +

-B

regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Campo elettrico naturale (built-in) E (V/cm)

Ele-B-9

Elettronica I - A.A. 2018/2019

regione P + +

+

-

-

+ B +

-

+

B

B

-B

-B

-B +

-B

Campo elettrico aggiunto regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Campo elettrico naturale (built-in) E (V/cm) I(A)

Ele-B-10

Vb(V)

Polarizzazione diretta

Elettronica I - A.A. 2018/2019

regione P + +

+

-

-

+ B +

-

+

B

B

-B

-B

-B +

-B

Campo elettrico aggiunto regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Campo elettrico naturale (built-in) E (V/cm) I(A)=0

Ele-B-11

Vb(V)

Polarizzazione inversa

Elettronica I - A.A. 2018/2019

regione P + +

+

-

-

+ B +

-

+

B

B

-B

-B

-B +

-B

regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Campo elettrico naturale (built-in) E (V/cm)

anodo Ele-B-12

catodo Elettronica I - A.A. 2018/2019

Funzionamento della cella fotovoltaica fotone

regione P + +

+

-

-

+ B +

-

+

B

B

-B

-B

-B +

-B

+-

regione N - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P - +P

Campo elettrico naturale (built-in) E (V/cm) Le celle solari, o celle fotovoltaiche, basano il loro funzionamento sul campo elettrico che si instaura naturalmente all’interno di una giunzione p-n.

Ele-B-13

Elettronica I - A.A. 2018/2019

Il campo elettrico provvede a separare gli elettroni e le lacune che si generano all’interno (o nei pressi) della regione di carica spaziale ogni volta che arriva un fotone avente energia superiore alla Eg del semiconduttore.

Anti-reflection

Ele-B-14

Elettronica I - A.A. 2018/2019

Ele-B-15

Elettronica I - A.A. 2018/2019

CAPACITA’ DI GIUNZIONE

+V p

n

W

Alla carica fissa presente nella regione di carica spaziale è associabile una capacità detta capacità di giunzione o di transizione. Al contrario di un normale condensatore a facce piane e parallele, questa capacità è una funzione del potenziale applicato. Si definisce quindi una capacità incrementale (o differenziale):

e C j = dQ dV = Si

A W

Una variazione dV del potenziale applicato determina il passaggio di una corrente aggiuntiva a quella vista in precedenza.

Ele-B-16

Elettronica I - A.A. 2018/2019

CAPACITA’ DI DIFFUSIONE La corrente in un diodo è proporzionale alla quantità di portatori (elettroni e lacune) che riescono a superare la barriera costituita dal campo elettrico presente alla giunzione. Le lacune che, partendo dalla regione p, riescono ad arrivare nella regione n si dicono “lacune iniettate” Gli elettroni che, partendo dalla regione n, riescono ad arrivare nella regione p si chiamano “elettroni iniettati” La presenza di questi portatori determina la nascita di un’altra capacità, detta capacità di diffusione, CD.

CD ≡

dQ ( I ) dQ dI dI I = =τ =τ dV dI dV ηVT dV

in cui si è utilizzata la relazione:

I ≈ I oe

V ηVt

per il calcolo della derivata di I.

τ è un tempo (misurato in s), che si chiama “vita media dei portatori” Ele-B-17

Elettronica I - A.A. 2018/2019

CJ

catodo

anodo

CD In polarizzazione diretta: CD >> CJ , in polarizzazione inversa: CD...