Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dotierungsniveau von npn/pnp-Transistor-pn-Übergängen


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von Dotierungsfrage (Gast)


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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?

von ElectricJohnny (Gast)


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wieso haste nicht einfach in der Vorlesung den Prof gefragt?
Sind die nicht normalerweise dafür da?

von Peter R. (pnu)


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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.

: Bearbeitet durch User
von Dotierungsfrage (Gast)


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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.

von Proton (Gast)


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Physik der Halbleiterbauelemente vom Thuselt steht alles drin...gibts 
bestimmt in der Uni Bib...

Aber manchmal etwas zäh zu lesen..

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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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.

von M. K. (sylaina)


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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.

von Peter R. (pnu)


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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.

: Bearbeitet durch User
von Possetitjel (Gast)


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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.

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