Guten Tag!
Ein Transistor besteht aus zwei pn-Übergängen. Dies hab ich jetzt
gelernt. Ich habe jetzt in einer Vorlesung am Rande gehört, dass die
Raumladungszonen an beiden pn-Übergängen bei einem Transistor
unterschiedlich stark ausgeprägt sein sollen. Ich kann mir das nur
dadurch erklären, dass z.B. bei einem npn-Transistor die eine n-Schicht
höher dotiert ist als die zweite n-Schicht. In einem Schaubild an der
Tafel bzw. vom Overheadprojektor hat der Prof. in einem Schaubild in
einem Ortsdiagramm zwei unterschiedliche Breiten bei den pn-Übergängen
eingezeichnet.
Ich habe leider in meiner Linteratur sowie auch bei wikipedia unter
Transistor noch nichts darüber gefunden, dass die beiden pn-Übergänge
unterschiedlich hoch dotiert sein sollen, um verschiedene elektrische
Eigenschaften damit herzustellen.
Wo kann man denn etwas genaueres darüber noch erfahren - kennt ihr vlt.
noch eine hübsche Quelle, wo man das nachlesen kann?
Bei einem PN-Übergang hängt die Durchbruchspannung von der
Dotierungsstärke ab: je schwächer die Dotierung desto breiter die
PN-Sperrschicht und damit die Durchbruchspannung. Deshalb muss an der
Ausgangsseite des TS möglichst geringe Dotierung vorhanden sein.
Schließlich hat man am Kollektor bis zu 30V bei normalen Ts, am Emitter
aber normalerweise Durchlassbetrieb.
Deshalb nimmt man das am geringsten dotierte Ausgangsmaterial (N beim
NPN)als Kollektor und dotiert anschließend die P-Dotierung "drüber".
Schon deshalb ist die Basis höher dotiert als der Kollektor.
"über" die Basis wird wiederum als N bei einem nächsten Arbeitsschritt
der Emitter dotiert. Der muss wiederum P der Basis übertreffen.
Beim üblichen Transistor ist die EB-Sperrspannung etwa 6V, daher die für
TTL üblichen 5V als Pegel. für BC- sind 30V üblich, bei HV-Typen gehts
bis in die 1500V. Wegen der geringen Dotierung haben diese Tsen
geringere Verstärkung als 30V-Typen.
Es gibt aber bei E-B noch einen weiteren Grund für die verschiedenen
Dotierungshöhen. Der Emissionsgrad beim Stromdurchgang durch eine
PN-Schicht hängt von der Konzentration der Ladungsträger ab. Ist also N
höher dotiert als P, werden mehr N-Ladungsträger in die P-Zone hinein
injiziert also vom Emitter in die Basis. Und können anschließend vom
Kollektor eingefangen werden. Ein NPN ist zwar invers betreibbar (C und
E vertauscht) aber dann ist seine Stromverstärkung deutlich geringer als
im Normalbetrieb
Such mal unter Herstellung eines Transistors nach dem
Diffusionsverfahren oder Trägerinjektion beim Stromdurchfluss in die
Nachbarbereiche der PN-Zone.
ElectricJohnny schrieb:> wieso haste nicht einfach in der Vorlesung den Prof gefragt?> Sind die nicht normalerweise dafür da?
Das ging in der Vorlesung zu schnell, und weil der Semester jetzt rum
ist und ich dazu gerne vertiefende Informationen brauche, die ich aber
nicht fand, stellte ich mein Anliegen mit Hilfebitte hier herein.
Peter R. schrieb:> Such mal unter Herstellung eines Transistors nach dem> Diffusionsverfahren oder Trägerinjektion beim Stromdurchfluss in die> Nachbarbereiche der PN-Zone.
Vielen Dank an Dich, dass Du Dir etwas Zeit für mein Anliegen genommen
hast und mir noch ein paar Tipps gegeben hast, wonach ich weitersuchen
kann.
Wenn ein Transistor völlig symmetrisch gebaut wäre, könnte man Emitter
und Kollektor vertauschen. Das geht auch ein bißchen, nur ist die
Stromverstärkung im falschen Betrieb viel schlechter. Ich vermute, das
hängt einfach mit den Abmessungen der beiden Anschlüsse zusammmen, der
Kollektor z.B. viel größer als der Emitter.
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:> Ich vermute, das> hängt einfach mit den Abmessungen der beiden Anschlüsse zusammmen, der> Kollektor z.B. viel größer als der Emitter.
Nein, damit hängt es nicht zusammen. Sondern schlicht und ergreifend mit
der Physik, die dahinter steht. Am geringsten ist der Emitter dotiert,
die Basis ist schon etwas stärker dotiert und am deutlich stärksten ist
der Kollektor dotiert. Im Thuselt, der oben schon erwähnt wurde, nimmt
sich Thuselt einige Seiten (um die 30 für den BiPo wenn ich mich recht
erinnere) Zeit das zu erklären, das hier im Forum zu erklären empfinde
ich als zu umfangreich und verweise daher lieber auf das Buch.
Michael Köhler schrieb:> Am geringsten ist der Emitter dotiert,> die Basis ist schon etwas stärker dotiert und am deutlich stärksten ist> der Kollektor dotiert.
Dass das nicht stimmt, erkennt man alleine an den Durchbruchspannungen
der beiden Dioden des Transistors: Je höher die Dotierung desto
niedriger die Durchbruchspannung, da wegen des krasseren
Dotierungsgefälles die PN-Sperrschicht dünner wird.
Auch die Zuordnung Kollektor = Grundmaterial bei der Herstellung von
Transistoren zeigt auf niedrigste Dotierung des Kollektors. Höhere
Dotierung einbringen geht, Dotierung abschwächen durch Erhitzen in
dotierender Atmosphäre geht wohl nicht. Da kann nur zusätzliches
Material eindringen, nicht entzogen werden. Schließlich hat das
Grundmaterial normal die höchste Reinheit, die durch Rekristallisation
herstellbar ist.
anscheinend ist der oben zitierte Thuselt wirklich zäh lesbar.
Peter R. schrieb:> Auch die Zuordnung Kollektor = Grundmaterial bei der> Herstellung von Transistoren zeigt auf niedrigste> Dotierung des Kollektors.
Naja, die Wirklichkeit ist etwas komplizierter.
Bei Dotierung durch Diffusion steigt die Konzentration
in Richtung Oberfläche monoton an. Bei Dotierung durch
Ionenimplantation ist das aber nicht so; die Zone
maximaler Dotierung liegt deutlich unter der Oberfläche.
Und mittels Epitaxie kann quasi reines Material auf
dotiertem einkristallin (!) aufgebracht werden.
Es lassen sich also durchaus hochdotierte "vergrabene"
Schichten z.B. für den Kollektor realisieren.
> Höhere Dotierung einbringen geht, Dotierung abschwächen> durch Erhitzen in dotierender Atmosphäre geht wohl nicht.
"Dotierung abschwächen" geht nicht so einfach, das stimmt.
Man kann (theoretisch) eine p-Dotierung durch n-Dotierung
kompensieren ("vergifteter" Halbleiter); das macht man aber
praktisch nicht, weil das irgend einen Nachteil hat, den ich
im Moment vergessen habe.
Die Methoden, die funktionieren, habe ich oben schon genannt:
Ionenimplantation oder Epitaxie.
> [...] Schließlich hat das Grundmaterial normal die höchste> Reinheit, die durch Rekristallisation herstellbar ist.
Auch nicht. Viele Wafer werden schon beim Kristallzüchten
dotiert ("Vorbelegung"). Übrigens nicht nur bei Silizium,
sondern auch z.B. bei GaAs.
