pn-Diode - Driftstrom?

BigL · Anmeldungsdatum: 17.12.2017 Beiträge: 1

Meine Frage:
Hallo zusammen,

folgende Frage:

Bei einem pn-Übergang an den eine Spannung in Flussrichutng angelegt wird, kann ja der Zusammenhang:

wobei

hergestellt werden. Allerdings wurden nach meiner Kenntnis bei der Herleitung nur die Diffusionstromdichten beachtet. Was aber ist mit den Driftstromdichten?

Meine Ideen:
Wir haben auch schon unseren Prof gefragt und er wusste spontan selber nicht warum...

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

LötkolbenManni · Anmeldungsdatum: 18.12.2017 Beiträge: 3

Jetzt mit eigenem Account Rock

Danke für die Antwort Michael. Ich werde mich für den Fall, dass ich hier wirklich keine Antwort mehr erhalte, an den Lehrstuhl wenden (einfach E-Mail schreiben?). Ich bin vorerst aber noch optimistisch, im Forum noch eine zufriedenstellende Antwort zu erhalten.

Nach langer Suche habe ich nun eine teilweise befriedigende Antwort bekommen.

"At low current levels virtually all the applied voltage appears across the transition zone so there are negligible electric fields in the neutral regions. Hence the currents are determined primarily by the diffusion process down the density gradients..."
Aus: Semiconductor Devices, John Sparkes, 2nd Edition, Seite 63

Heißt das also, dass man den Driftstrom für den Fall einer angelegten Spannung, die betraglich in der Größenordnung der Diffusionsspannung liegt, vernachlässigen kann? Wäre das aber nicht eine ziemlich grobe Näherung, wenn man bedenkt, dass die Diffusionsspannung meist im Bereich von etwa 0,7V liegt und man diese häufig ja weit überschreitet?

Besten Gruß
Manni

flo123 · Gast

Hi,

leider ist die Halbleitervorlesung schon etwas her^^
Also ich bin gerade etwas verwirrt. Sobald man eine Spannung anlegt, sollte doch eig nur der Driftstrom wichtig sein. Drift entlang eines Potentials, Diffusion wiederum ist ein random effect?

Aber mag auch sein, dass ich das alles nicht mehr so zusammen gereimt bekomme.

Ich kann dich auf das Halbleiter-Script der techn. fakultät der uni kiel verweisen, optisch ist es evtl. etwas in die jahre gekommen, dafür aber inhaltlich top Augenzwinkern

Ich werde mir auch nochmal etwas intensiver gedanken machen und etwas recherchieren.

Grüße

flo123 · Gast

So, hatte ich doch falsch in erinnerung. habe hier etwas gefunden:
(aus pveducation .org)

"Forward bias refers to the application of voltage across the device such that the electric field at the junction is reduced. By applying a positive voltage to the p-type material and a negative voltage to the n-type material, an electric field with opposite direction to that in the depletion region is applied across the device. Since the resistivity of the depletion region is much higher than that in the remainder of the device (due to the limited number of carriers in the depletion region), nearly all of the applied electric field is dropped across the depletion region. The net electric field is the difference between the existing field in the depletion region and the applied field (for realistic devices, the built-in field is always larger than the applied field), thus reducing the net electric field in the depletion region. Reducing the electric field disturbs the equilibrium existing at the junction, reducing the barrier to the diffusion of carriers from one side of the junction to the other and increasing the diffusion current. While the diffusion current increases, the drift current remains essentially unchanged since it depends on the number of carriers generated within a diffusion length of the depletion region or in the depletion region itself. Since the depletion region is only reduced in width by a minor amount, the number of minority carriers swept across the junction is essentially unchanged."

ich weiß nicht wie das mit links ist, aber wenn du in einer suchmaschine "bias of pn junction" eingibst, dann sollte das zweite ergebnis recht hilfreich sein. Also wenn ich das richtig verstehe, kann man den drift vernachlässigen.
Bin gerade auf der Arbeit und kann leider nicht mehr zeit investieren.

[jh8979: Hier ist der entsprechende Link
http://www.pveducation.org/pvcdrom/bias-of-pn-junctions ]

LötkolbenManni · Anmeldungsdatum: 18.12.2017 Beiträge: 3

Wow Danke flo! Das hilft schon mal weiter Thumbs up!

Also ist der Drift vernachlässibar, weil die meiste Spannung über die RLZ abfällt.
Eines verstehe ich allerdings immer noch nicht:
"for realistic devices, the built-in field is always larger than the applied field"
Die "built-in" Spannung ist, wenn ich das richtig verstanden habe, die Diffusionsspannung oder? Die liegt aber meistens doch im Bereich von 0,7V bei Si und 0,3V bei Germanium. Legt man nun eine Spannung von sagen wir mal 5V an, dann müsste die RLZ doch vollständig verschwinden und zwischen den Metallkontakten der Diode eine effektive Spannug von 4,3V (bei Si-Dioden) wirken. Diese effektive Spannung wirkt dann in die gleiche Richtung wie die Diffusion und würde einen Driftstrom verursachen oder?
Oder habe ich das jetzt vollkommen falsch verstanden? grübelnd

Vielen Dank nochmal Big Laugh

flo123 · Gast

Keine garantie auf richtigkeit, bin wieder auf der arbeit:

durch das zusammenbringen von p und n material entsteht die depletion region. auf der einen seite haben wir pos. ionenrümpfe und auf der anderen negative. und naja, da haben wir ja eine potentialdifferenz, welche zur induktion eines elektrischen feldes führt (built in field)

dies ist der zustand, wenn noch keine spannung von außen angelegt ist. wenn man nun eine von außen anlegt, dann hat man ja auch ein feld über den device.

auf der verlinkten seite wird das eigentlich alles sehr gut erklärt, leider sind halbleiter ein sehr leidiges thema, gerade wenn es um die mathematik geht. daher ist es unerlässlich, dass man da zeit rein investiert und die basics schon versteht.

LötkolbenManni · Anmeldungsdatum: 18.12.2017 Beiträge: 3

Also dass eine Spannung (Diffusionsspannung, built-in Spannung wie man sie nennen mag) entsteht, wenn man p- und n-dotiertes Material zusammenbringt, habe ich verstande. Mein Problem ist die Größenordnungen der durch das Zusammenbringen der Materialien entstehenden Spannung. Diese beträgt meines Wissens um die 0,7V. Wenn man mit Dioden in Durchlassrichtung rumhantiert, nimmmt man ja auch in etwa so einen Spannungsabfall an der Diode an. Über die gesamte Diode fallen nur diese 0,7V ab, deswegen verstehe ich nicht warum dort steht, dass die built in Spannung um einiges größer ist als die angelegte.

Fallbeispiel:
9V Blockbatterie ist in Reihe mit einer Diode (Flussrichtung) und einem 50Ohm Widerstand geschaltet.
Über die Diode fallen 0,7V ab, d.h. über den Widerstand 8,3V. Es fließt durch den Stromkreis ein Strom von 8,3V/50Ohm=166mA.

=> Meine Idee:
Wenn man eine Spannung von größer als 0,7V anlegt, dann werden 0,7V davon "aufgebraucht", um die RLZ zu eliminieren, sodass für den Driftstrom danach die Diode einfach nur so etwas wie ein Draht ist (eben aus Si mit ein paar Dotieratomen). Durch die Diode fließt also durchaus ein Driftstrom, dieser hängt aber nicht von der Diode an sich (außer dem ohmschen Widerstand ebendieser) ab, sondern von der "restlichen Schaltung".

Kann man das so circa sehen?

Vielen Dank nochmal
Manni