Steuerbare Gleichrichtung in Halbleiter-Nanostrukturen - Universität ...

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5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion V = -1V T V > 0 K I K Sat I K V K Sat V = 0 V T V = -1V T Abbildung 5.15.: Schematische Darstellung eines JFETs bei angelegter Kanal-Spannung Sperrbereich auf. VK > 0, wobei die Top-Gate-Spannung auf einem konstanten Wert ge- genüber Drain gehalten wird. Die linke Seite zeigt die Verarmungszonen (rot) im Kanal, die rechte Seite gibt die IK(VK)-Kennlinien für die Top- Gate-Spannung VT = −1 V und VT = 0 V an (Abbildung nach [7]). Bei der Betrachtung der Abbildung 5.14 (a1 bis a3) zeigt sich, dass für konstante Source- Drain-Spannungen VSD > 0,1 V sich die Lage der Abschnürpunkte im Kanal in Abhängig- keit der angelegten Seiten-Gate-Spannung VG verschiebt. Der zur ersten Abschnürung gehö- rende Source-Drain-Spannungswert VSD wächst mit zunehmender Seiten-Gate-Spannung VG an. Vergleicht man dies erneut, wie schon in Abschnitt 5.2 mit der Funktionsweise eines JFETs, kann das unterschiedliche Verhalten der Kennlinien in Sperrrichtung für die drei Seiten-Gate-Spannungen VG erklärt werden. Abbildung 5.15 zeigt die Verarmungszonen im Kanal eines JFETs für eine Top-Gate-Spannung von VT = −1 V. Über die Top-Gate- Spannung VT wird die Größe der Verarmungszone gesteuert, was in diesem Fall zu einer Vergrößerung der Verarmungszone bei der Kanal-Spannung VK = 0 V führt. Somit ist die Abschnürung des Kanals schon für kleinere Spannungen VK erreicht und die IK(VK)- Kennlinie erreicht ihre Sättigung ebenfalls für kleinere Spannungen VK. Die Sättigung äußert sich in dem konstanten Strom IK. Wählt man hingegen eine Top-Gate-Spannung von VT > 0 V, so verkürzen sich die Verarmungszonen bei der Kanal-Spannung VK = 0 V. Demzufolge ist eine größere Spannung VK nötig um in die Abschnürung des Kanals und somit in die Sättigung zu gelangen. Bei der planaren Diode mit Seiten-Gates ist für die Seiten-Gate-Spannung VG = −1 V der Kanal bereits über eine gewisse Länge eingeschnürt, so dass die Sättigung bereits erreicht ist und für positive Source-Drain-Spannungen kein Stromfluss ISD zu Stande kommt. Für die Seiten-Gate-Spannung VG = +1 V ist der Kanal bei der Source-Drain-Spannungen VSD = 0 V weiter geöffnet als bei der Seiten-Gate-Spannung VG = 0 V, so dass die Ab- schnürung erst später einsetzt und somit schon ein höherer Strom fließt, der dann konstant wird. Ein starker Anstieg des differentiellen Widerstandes für die Seiten-Gate-Spannung 56 V K
Gate-Spannung Maximal-Strom Widerstand VG (V) IA (µA) dRA (kΩ) - 1,0 0,00 ∞ 0,0 6,9 3290 + 1,0 18,7 3200 Gate-Spannung Maximal-Strom Widerstand VG (V) ID (µA) dRD (kΩ) - 1,0 32,5 880 0,0 33,0 1140 + 1,0 33,3 1540 5.3. Steuerbarer Gleichrichter Tabelle 5.2.: Maximal-Ströme I und differentielle Widerstände dR für die Source-Drain- Spannungen VSD = +5 V (Bereich A) und VSD = −5 V (Bereich D) für unterschiedliche Seiten-Gate-Spannungen VG. VG = +1 V auf bis zu dRA = 3,20 MΩ ist die Folge, der jedoch für die Seiten-Gate- Spannung VG = 0 V mit dRA = 3,29 MΩ noch etwas stärker ausfällt. In Sperrrichtung er- gibt sich für die Seiten-Gate-Spannung VG = 0 V ein Source-Drain-Strom von IA = 6,9 µA und für die Seiten-Gate-Spannung VG = +1 V ein Source-Drain-Strom von IA = 18,7 µA bei der Source-Drain-Spannung VSD = +5 V. Bereich C und D Bei einer Source-Spannung von VSD = 0 V ist der Kanal sowohl bei VG = 0 V als auch bei VG = +1 V geöffnet. Ein weiteres Erhöhen dieser Spannung in Durchlassrichtung (ab ca. VSD < −0,1 V) verstärkt aber nicht den geöffneten Zustand des Kanals, sondern führt zu einem Anstieg des differentiellen Widerstandes dR. Die Potentialdifferenz Vdiff im oberen Bereich des Kanals ist deutlich negativ. Dies sollte zu einer Abnahme der Verarmungszo- nenbreite im Kanal führen. Betrachtet man aber den Fall der Seiten-Gate-Spannung VG = −1 V so zeigt sich ein verändertes Verhalten des Stroms in Abhängigkeit der Spannung. Bei dieser Seiten-Gate- Spannung ist der Kanal bei einer Source-Drain-Spannung von VSD = 0 V noch nicht geöff- net, so dass man in Durchlassrichtung erst die Spannung VSD so weit erhöhen muss, bis ein gewisser Schwellwert erreicht ist und der Kanal öffnen kann. Dies geschieht bei VG = −1 V bei einer Source-Drain-Spannung von VSchwell = −0,75 V. Ab diesem Spannungswert ist der zuvor verarmte Kanal das erste Mal durch einen verbundenen leitenden Kanal geöffnet. Danach verkürzen sich die Verarmungszonen immer mehr und der Strom steigt an. Der 57
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Inhaltsverzeichnis 5. Experimentell
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1. Einleitung und Motivation weglic
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Seite 17 und 18: 2.3. Elektronische Eigenschaften ei
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Seite 38 und 39: 4. Messmethoden 4.2.2. Frequenzabh
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Seite 98 und 99: Literaturverzeichnis 92 [11] Ando,
Seite 100 und 101: Literaturverzeichnis 94 [35] Ashcro
Seite 102 und 103: Ein ganz besonderer und großer Dan
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