Hochinjektion

Einleitung

Die Hochinjektion ist ein Effekt, welcher auftreten kann, wenn die Diode (PN-Übergang) in Flussrichtung betrieben wird. Dabei müssen beide Bereiche unterschiedliche stark dotiert sein und des muss eine entsprechend hoch Flussspannung angelegt werden.
⇨ PN-Übergang
⇨ Diode

Bei der Hochinjektion ist die Konzentration der Minoritätsladungsträger, welche in entsprechendes Bahngebiet injiziert werden, höher als die Konzentration des Dotierstoffes bzw. der Majoritätsladungsträger.

Bei der Erklärung muss zunächst zwischen Injektion und Hochinjektion unterschieden werden. Befindet sich eine Diode in Flussrichtung kommt es immer zur Injektion.
⇨ Injektion

Worum es sich dabei handelt, wird im Folgenden nochmals ausführlich erklärt.
Bei der Hochinjektion handelt es sich um einen Effekt, welcher unter bestimmten Gegebenheiten zustande kommt. In diesem Beitrag wird genauer erklärt worum es sich hierbei handelt.

Schwache Injektion – starke Injektion – Hochinjektion

Bei der Injektion werden zwei Arten unterschieden. Die sogenannte schwache Injektion und die starke Injektion – auch Hochinjektion genannt.
Abhängig ist die Art von der Dotierkonzentration bzw. konkreter vom Dotierkonzentrationsgradienten beider dotierter Halbleiter. Also vom Unterschied der beiden Dotierkonzentrationen.
Sind beide Halbleiter ungefähr gleich stark dotiert kommt es nur zu einer schwachen Injektion. Sind allerdings beide Halbleiter stark unterschiedlich dotiert, kommt es zu einer Hochinjektion.

Wie bereits beschrieben, gehen vom jeweiligen Gebiet Majoritätsladungsträger in das benachbarte Gebiet über und werden dort zu Minoritätsladungsträger. Normalerweise kommen diese Minoritätsladungsträger nicht weit da sie schnell rekombinieren. Dennoch wird bei der Diode in Flussrichtung die Konzentration der Minoritätsladungsträgern an der Grenze der Raumladungszone erhöht.

Schwache Injektion

Hochinjektion

Ladungsträgerkonzentration

Auch hier hilft es die Ladungsträgerkonzentration anzuschauen. In diesem Beispiel kommt die Hochinjektion vom N-Gebiet ins P-Gebiet. Es ist zu sehen wie eine vergleichsweise hohe Elektronenkonzentration sozusagen in das P-Gebiet schwabt.

Die Hochinjektion ist nun daran zu erkennen, dass diese Minoritötsladungsträgerkonzentration, hier die Elektronenenkonzentration, größer ist als die Konzentration der ionisierten Störstellen.
Hier nun auch der direkte Vergleich zwischen schwacher und starker injektion.
Einmal vom N- in das P-Gebiet und vom P- in das N-Gebiet.

Halbleiter – Diode – Ladungsträgerdichte – Ladungsträger – Ladungsträgerkonzentration – schwache Injektion – starke Injektion – hochinjektion – N-Halbleiter – P-Halbleiter

Quasineutralität

Was bei dieser Beobachtung auch auffällt, ist das die Majoritätsladungsträger an der Grenze ebenfalls ansteigen und ungefähr gleich groß sind wie die Minoritätsladungsträger. Dies ist auch die Quasineutralität innerhalb des Halbleiters zurückzuführen. Die Konzentration der Majoritätsladungsträger, hier Löcher, steigt automatisch an.

Halbleiter – Diode – Ladungsträgerdichte – Ladungsträger – Ladungsträgerkonzentration – schwache Injektion – starke Injektion – Hochinjektion Quasineutralität

Halbleiter Injektion

Folgende Formeln fassen das Thema der Injektion nochmal zusammen:
Bei der schwachen Injektion ist die Minoritätsladungsträgerkonzentation (pn) viel kleiner als die Majoritätsladungsträgerdichte (nn).
Der Ausgleich aufgrund der Quasineutralität ist deshalb auch verschwindend gering. Deshalb ist auf die Majoritätsladungsträgerdichte (nn) ungefähr so groß wie auch beim Thermischen Gleichgewicht.

Halbleiter – Diode – Ladungsträgerdichte – Ladungsträger – Ladungsträgerkonzentration – schwache Injektion – starke Injektion – Hochinjektion - Berechnung - Formel

Bei der starken Injektion bzw. Hochinjektion übersteigt die Konzentration der Minoritätsladungsträger (nn) die Konzentration der ionisierten Störstellen. Ursächlich dafür ist ein großer Konzentrationsunterschied der dotierten Halbleiter. Aufgrund der Quasineutralität ist die Konzentration der injizierter Minoritätsladungsträger ungefähr gleichgroß wie die Konzentration der Majoritätsladungsträger.

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