Yarimo’tkazgichli fotoelementlarning VAX

Asosiy tushunchalar
VAX tenglamasi:
bu yerda j - p-n - o’tish orqali o’tadigan tokning zichligi, U - p-n - o’tishga berilgan tashqi kuchlanish,
1. Xona haroratida p-n o’tishga 0.15 V to’gri kuchlanish berilganda to’g’ri tokning qiymati 1.66 mA ga teng bo’ldi. Ushbu p-n o’tish orqali teskari kuchlanish berilsa, tok nimaga teng bo’ladi?
Berilgan:
Ua = 0.15 V
I = 1.66·10-3 A
I0 ‒ ?
Yechilishi:
Teskari yo’naltirilgan tok I0 =4.6 μA
Javob: I0 =4.6 μA
2. xona haroratida Si kremniy asosidagi p+-n o’tishidan 0.9 nA/cm2 teskari tok o’tadi. Agar Nd = 1015 cm−3, ni = 1.05 × 1010 cm−3, va μp = 450 cm2 V−1 s−1 bo’lsa, noasosiy tok tashuvchilar yashash vaqtini hisoblang.
Berilgan:
j=0.9 nA/cm2
Nd = 1015 cm−3
ni = 1.05 × 1010 cm−3
μp = 450 cm2 V−1 s−1
kT/e=26 mV
τp – ?
Yechilishi:
p+-n o’tish uchun tok,
va harakatchanlik Eynshteyn formulasidan foydalanib quyidagini hosil qilamiz.
bundan ,
Javob:
3. Harorat 20 C dan 50 C oshganda Si kremniy asosidagi p-n o’tishning teskari toki qanday o’zgaradi. Xuddi shuningdek Ge germaniy asosidagi p-n o’tishlarda ham aniqlang. Si va Ge ning taqiqlangan soha kengligi mos ravishda 1.12 va 0.66 eV.
Berilgan:
Eg1=1.12 eV
Eg2=1.12 eV
T1=293 K
T2=323 K
js(T2)/ js(T1) (Si) – ?
js(T2)/ js(T1) (Ge) – ?
Yechilishi:
Tok quyidagiga teng
js ni2T3 exp(-Eg/kT),
bundan turli T1 va T2 harorat uchun yozamiz
js T13 exp(-Eg/kT1)
js T23 exp(-Eg/kT2)
toklar nisbatini
hosil qilamiz.
Javob: Teskari toklar nisbatlati Si va Ge asosidagi p-n o’tishlar uchun mos ravishda 82 va 15 ga tengdir.
4. 300 K haroratda NA = 1018 cm-3 va ND = 1016 cm-3 konsentratsiyaga ega Si asosidagi p+-n o’tish berilgan. Noasosiy tok tashuvchi kovaklarning diffuziya koeffitsiyenti Dp = 12 cm2/s va noasosiy tok tashuvchi kovaklar yashash vaqti τp = 100 ns. O’tishning ko’ndalang kesim yuzi S = 10-4 cm2. Teskari to’yinish toki (Is = SJs ) ni hisoblang. Shuningdek, Ua = 0.5 V kuchlanishda to’g’ri yo’nalishdagi tokni hisoblang.
Berilgan:
NA = 1018 cm-3
ND = 1016 cm-3
Dp = 12 cm2/s
τp = 100 ns
Va = 0.5 V
Is – ?
I – ?
Yechilishi:
Ushbu p-n o’tishda NA >> ND bo’lganligi o’tishning nosimmetrik ekanligini bildiradi va umumiy tok asosan o’tishning kuchli legirlangan tomoni hisobiga bo’ladi. To’yinish toki zichligi quyidagicha ifodalanadi:
,
Bu yerda Lp = (Dp·τp)1/2 =1.095×10-3 cm va
,
Ua = 0.5 V to’g’ri kuchlanish berilganda tok quyidagiga teng:
Javob: Is =-3.94×10-15 A, I = 8.93 μA.
Qo’shimcha masalalar
1. Is = 10-8 Аm2 bo’lgan hol uchun p-n o’tishning qorongi volt-amper xarakteristikasi (VAX) tenglamasi yozilsin. (Javob: I = 10-8 [ exp (eV / кТ) – 1].)
2. IS = 10-8 A·m2 bo’lganda, quyosh elementining VAX chizig’ini U = 2 V ga hisoblang va 15…20 ta nuqtadan foydalanib chizing.
3. Agar kremniy asosidagi quyosh batareyasiga 1 kVt/m2 nurlanish tushayotgan bo’lsa, ushbu quyosh batareyasi 120 °C gacha qiziganda, batareyaning Iq necha marta o'zgaradi. Quyosh elementining dastlabki harorati 50 °C.
(Javob: 1,059 marta ortadi)
4. Yuzasi 1 sm2 quyosh elementi 1018 sm-3 akseptorli p tipidagi soha va 1015 sm-3 donorni o'z ichiga olgan n tipidagi sohadan iborat. va . μn = 1000 sm2/(V·s) va μp = 300 sm2/(V·s) deb oling. Noasosiy tok tashuvchilar yashash vaqti 10 μs. Diod quyosh nuri bilan yoritilganda 30 mA/sm2 foto oqim zichligini beradi. 1) Quyosh elementining salt yurish kuchlanishini va qisqa tutashuv tokini 2) Quyosh elementi ishlab chiqargan maksimal quvvatni va unga mos kuchlanish va tokni 3) quyosh elementining to’ldirish koeffitsiyentini 4) xuddi shu quyosh elementi kontsentrator bilan yoritilganda fototokning zichligi 300 A/sm2 ga teng bo'lganda to'ldirish koeffitsiyentini hisoblang.
(Javob: )
5. Kremniy p-n o’tishi (Na = 1016 cm-3 va Nd = 4 × 1016 cm-3) kuchlanishi Ua= 0.6 V. n-tipli soha (wn = 1 μm) diffuziya uzunligidan ancha kichik va "uzun" p-tip sohali deb faraz qilib, ideal diod tokini hisoblang. μn = 1000 sm2/(V·s) va μp = 300 sm2/(V·s) deb oling. Noasosiy tok tashuvchilar yashash vaqti 10 μs va diod yuzasi ga .
(Javob: )
6. Kremniy p-n o’tishli quyosh elementi to’yinish toki 10-10 A. Ushbu element quyosh bilan yoritilganda hosil qilgan fototoki 1mA ga teng bo’ldi. Ushbu diod tomonidan ishlab chiqarilishi mumkin bo'lgan maksimal quvvatni toping. Unga mos kuchlanish va tokni hisoblang.
(Javob: )
7. Kremniyning keskin p-n diodi 300 K haroratda Na=1018 cm-3; Nd=1015 cm-3 kosentratsiyaga ega. 1) O’rnatilgan potensialni va 2) n va p- soha orasidagi kambag’allashgan soha kengligini hisoblang.
(Javob: )
8. Si p-n diodida N = 1018 sm³ va Na= 1016 sm³ bo’lib n-tomonda kovaklar diffuziya koeffitsiyenti 10 sm³/s va τp=107 s. Qurilmaning yuzasi 10-4 sm². 300 K haroratda teskari to'yinganlik tokini va 0,7 V to'g'ri kuchlanishdagi to’g’ri tokni hisoblang.
(Javob: )
10. GaAs yorug'lik chiqaruvchi diodi 300 K haroratda Na = 10¹7 sm-3, Nd = 1018 sm³ kirishmalar profiliga ega. Noasosiy tok tashuvchilar yashash vaqti τn = 10-8 s; τp = 5×10-9 s. Elektron diffuziya koeffitsienti 100 sm2s¹, teshiklarniki esa 20 sm²s¹. Elektron injeksiya tokining umumiy tokka nisbatini hisoblang.
(Javob: )
4. Yuqoridagi muammoning diodi 1 mm² maydonga ega va 1,2 V to'g'ridan-to'g'ri egilishda ishlaydi.
AOK qilingan ozchilik tashuvchilarning 50% fotonlarni hosil qilish uchun ko'pchilik
zaryad bilan qayta birlashadi deb faraz qiling. Diyotning n va p tomonida foton hosil qilish tezligini
hisoblang.
n abrupt silicon p-n diode at 300 K has a doping of N
a
= 10
18
cm
-3
; N
d
= 10
15
cm
-3
.
Calculate the built-in potential and the depletion widths in the n and p regions.
|