Difúzní napětí

Běžný průběh V-A charakteristiky diody, na vodorovné ose je vyznačena hodnota difúzního napětí

Difúzní (kontaktní) napětí je elektrické napětí vznikající vyrovnáním Fermiho energetických hladin při PN přechodu.

Vznik

Pokud dojde ke „kontaktu“ polovodiče typu P a typu N, elektrony a díry začnou difundovat z míst, kde mají vyšší energii do míst s nižší energií (elektrony difundují z N do P, díry z P do N). Tím se polovodič P nabíjí záporně, zatímco polovodič N kladně. Tak vzniká napětí, které se ustálí na hodnotě U_d.

Jeho hodnota je tím vyšší, čím vyšší je difúze majoritních nosičů a je dáno poměrem koncentrací majoritních a minoritních nosičů na odpovídající hranici OPN(oblasti prostorového náboje). Je teplotně závislé (s teplotou klesá, protože intrinsická koncentrace se zvyšuje).

U běžné polovodičové diody je jeho hodnota za běžných podmínek cca 0,6V.

Výpočet

Difúzní napětí je dáno vzorcem:

$U_d=U_T\cdot \ln \frac{N_A\cdot N_D}{n_i^2}$, kde:

• N_A , N_D – koncentrace donorů a akceptorů
• n_i – vlastní (intrinsická) koncentrace
• U_T – teplotní napětí
  • Pro 25 °C je cca U_T ≈ 25 mV
  • $U_T=\frac{nkT}{q}$, kde
    • n – emisní koeficient
    • k – Boltzmannova konstanta (= 1,380 649×10⁻²³ J·K⁻¹)
    • T – absolutní teplota (v Kelvinech)
    • q – elementární náboj (= 1,602 176 634×10⁻¹⁹ C)

Odkazy

Související články

• Shockleyova rovnice
• Polovodičová dioda