Difúzní 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.^[1]

Výpočet

Difúzní napětí je dáno vzorcem:^[1]

${\displaystyle U_{d}=U_{T}\cdot \ln {\frac {N_{A}\cdot N_{D}}{n_{i}^{2}}}}$, 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^[2]
  • ${\displaystyle U_{T}={\frac {nkT}{q}}}$,^[3] 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

Reference

Související články

• Shockleyova rovnice
• Polovodičová dioda