Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Контактні явища в напівпровідниках.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2000
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Фізика напівпровідників та діелектриків
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Мета роботи - глибоке освоєння студентами розділу курсу "Фізика напівпровідників та діелектриків"-контакті явища в напівпровідниках. Цей розділ має безпосереднє відношення до цілого класу найпоширеніших сучасних приладів - діодів, тріодів, тиристорів, цілого ряду інтегральних схем та ін. Практичні навики які набувають студенти в процесі виконання даної курсової роботи необхідні при інженерному проекгуванню та створенню згаданих приладів та при задані технологічних режимів їх отримання.
В результаті виконання роботи студенти повинні
знати: фізику процесів, які відбуваються при незміщеному, та зміщеному р-n-персході, рівняння, які описують ці процеси;
вміти: на основі відомих рівнянь, які описують процеси на р-n-переході, розрахувати основні параметри діодної структури з застосуванням персональних комп'ютерів.
1. Вольт-амперна характеристика р-n-переходу.
Зв'язок струмом та зовнішньою напругою, яка прикладена до р-n-переходу визначає його випрямляючі властивості. В даній роботі для простоти розрахунків ми будемо користуватись так званою моделлю такого р-n-переходу - товщина якого настільки мала, що можна знехтувати процесами рекомбінації та генерації носіїв заряду в області об'ємного заряду р-n-переходу1.
Із загальних рівнянь курсу
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
запишемо концентрацію електронів n р гр. на границі запірного шару в р-області та концентрацію дірок рn гр. на границі запірного шару в n-області. Одержимо
EMBED Equation.3 , (1)
EMBED Equation.3 , (2)
Звернемо увагу на те, що в ці формули входять значення Еip та Еin які відповідають границям.
______________________________________________________________
1 Тим самим ми обмежуємось по частоті - розглядаємо процеси, що відбуваються при низьких частотах і не торкаємось області НВЧ.
Крім того, для неосновних носіїв заряду далеко від р-n-переходу
EMBED Equation.3 , (3)
EMBED Equation.3 , (4)
Тут ми зробили заміну квазірівнів в порівнянні з формулами (1) і (2), так як далеко від р-n-переходу в дірковій області ЕFp = ЕFn, а в електронній області
ЕFn= ЕFp.
По (1) та (3) маємо
EMBED Equation.3 (5)
Згідно (2) та (4) одержимо
EMBED Equation.3 (6)
При ввімкнені прямої напруги
ЕFn – ЕFp>0,
отже np гр. >np0 i pn гр >pn0
Надлишкова концентрація неосновних носіїв заряду на границях
EMBED Equation.3 , (7)
EMBED Equation.3 , (8)
Ця надлишкова концентрація виникає внаслідок інжекції носіїв заряду через р-n-перехід.
Оскільки електричне поле за межами р-n-переходу покладаємо рівним нулю, ми маємо лише дифузію та рекомбінацію носіїв заряду, які інжектуються мммммм через р-n-перехід.
Глибина проникнення інжектованих носіїв заряду визначається лише рекомбінацією. В цьому випадку надлишкова концентрація неосновних носіїв заряду (рис 1)
EMBED Equation.3 , (9)
EMBED Equation.3 , (10)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
р
n
p
n
np pn np pn
np0 + (Δnp)0 Ln np0
np0 Lp
pn0 + (Δpn)0 pn0
pn0
Lp
dp + dn dp + dn
xp 0 0 xn xp 0 0 xn
Рис. 1.1 Рис. 1.2.
Рис. 1.1. Залежність концентрації неосновних носіїв заряду від відстані при прямому включенні p-n- переходу.
Рис. 1.2. Залежність концентрації неосновних носіїв заряду від відстані при зворотньому включенні p-n- переходу.
Якщо переключити напругу з прямої на зворотну, то після завершення відповідного перехідного процесу запірний слій розшириться і гранити концентрації зміняться. Хоча, як і раніше, співвідношення (5) і (6) зберігаються, однак
EFn – EFp=eU<0
Отже, для зворотнього зміщення np гр <np0 i p n.рг<pn0 , тобто спостерігається екстракція через р-n-перехід неосновних носіїв заряду з областей граничних до р-n-переходу. Формули (7) - (10) залишаються вірними, але надлишкова концентрація має від'ємний знак, включаючи (Δnp)0<0 (Δpn)0<0 (рис. 2).
р-n-перехід можна вважати таким, якщо d<L n і d<Lp .
Густина дифузійного струму через границі при довільній полярності EMBED Equation.3 (11)
EMBED Equation.3 (12)
Підставляючи сюди вирази (9) і (10), одержимо абсолютні значення густин струму електронів і дірок:
EMBED Equation.3 , (13)
EMBED Equation.3 , (14)
Оскільки такий р-n-перехід визначається на основі представлень про незмінність густини струму електронів і дірок в довільному його перерізі, то можна записати
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Інакше кажучи, можна вважати, що густини сгрумів електронів і дірок (13), (14) зберігаються в довільному перерізі p-n-переходу на обох його границях.
Напрям руху електронів і дірок протилежний на один одному. Отже густини струмів jn і jp додаються.
Таким чином, маємо ВАХ такого р-n-переходу у виді
EMBED Equation.3 . (15)
Тут ± в експоненті відповідно для прямого та зворотного ввімкнення р-n-персходу.
2. Ємності р-n- переходу.
Загальна (низькочастотна) ємність р-n- переходу визначається зміною заряду накопиченого в переході при зміні прикладеної напруги. Таке накопичення, в основному, може здійснюватись:
на скомпенсованих рухливими носіями об'ємних зарядів нерухомих іонізованих носіїв- бар'єрна (зарядна) ємність;
зарядів неосновних носіїв в р- та в n- областях переходу -дифузійна ємність.
Зарядну ємність можна визначити з відомого виразу для ємності плоского конденсатора
EMBED Equation.3 , (16)
де S — площа переходу, ωp-n- ширина області об'ємного заряду.
Відомо, що загальна ширина області об'ємного заряду (запірний або антизапірний шар) рівна
ω=dn+dp, (17)
де dn і dp - відповідно області збіднення (збагачення) об'ємного заряду в n- та в р- областях контакту. Причому,
EMBED Equation.3 , (18)
EMBED Equation.3 , (19)
де φ0- висота потенціального бар'єру на контакті без зміщення.
При зміщенні р-n- переходу в рівності (19) величина φ0 заміняється на
φ=φ0+eU , (20)
де U - напруга, прикладена до р-n- переходу.
При різких р-n- переходах - для прикладу n0n<< p0p практично весь шар локалізує і ься в n- області, при цьому
EMBED Equation.3 , (21)
EMBED Equation.3 , (22)
Для випадку n0n>> p0p в рівності (21) в знаменнику n0n заміняється p0p.Для плавного р-n - переходу, залежність якого можна описати виразом
N=a*x, де х - координата, а - коефіцієнт пропорційності наведеної
Залежності
EMBED Equation.3 , (23)
EMBED Equation.3 , (24)
При зміні зовнішньої різниці потенціалів при прямому зміщенні р-n-переходу змінюється концентрація інжектованих носіїв заряду поблизу границь переходу, і величина накопленого заряду; яка обумовлена цими носіями. В зовнішньому колі цe сприймається як ємність. Така ємність носить назву дифузійної ємності р-n- переходу. В загальному випадку дифузійна ємність:
EMBED Equation.3 , (25)
де isp, isn - відповідно струми насичення р - та n - областей провідності.
Для прямого зміщення - коли має сенс дифузійна ємність можна вважати, що isp<< ip та isn<< in . В цьому випадку:
EMBED Equation.3 , (26)
Часто вводять поняття коефіцієнта інжекція EMBED Equation.3 . При цьому іp=γi та in=(1-γ)і .
Тоді
EMBED Equation.3 , (27)
3. Провідність областей р-n- переходу.
Якщо залежність концентрації від температури кожної з областей р-n-
переходу зобразити у виді ln n0(lnp0) = f(1/T) ,то отримаємо графік залежності із трьома прямими відрізками (рис.З).
lg n0
1/ t
Рис.3. Залежність ln(n0)=f(1/T) в напівпровіднику, який містить донори.
При низьких температурах маємо напівпровідник n-типу провідності, і нахил прямої визначається енергією іонізації донорів ΔEд. При високих температурах нахил прямої визначається шириною забороненої зони Eg. Горизонтальна ділянка відповідає області виснаження домішки.
4. Завдання до курсової роботи.
Розрахувати:
1. Вольт-амперну характеристику;
2. Бар'єрну ємність р-n- переходу як функцію напруги;
3. Дифузійну ємність р-n- переходу як функцію напруги;
4. Максимальну потужність заданої структури;
5. Графіки провідностей власної та легованої областей.
Для структури на основі власного напівпровідника розмірами а*Ь*с з концентрацією власних носіїв заряду ni на яку нарощена плівка товщиною d з концентрацією домішки N.
Значення параметрів напівпровідника, концентрації носіїв заряду та домішки, розміри, критичне значення напруженості електричною поля видають індивідуально з таблиці завдань.
5. Порядок виконання роботи.
Для знаходження залежності (15) необхідно з довідникової літератури знайти для даного матеріалу коефіцієнти та параметри D, L для кожної о типу провідності та при даній концентрації носіїв. Значення концентрацій рівноважних неосновних носіїв np0 та рn0 необхідно вирахувати.
Після цього скласти програму для розрахунку залежності струму (перерахувавши густину струму в струм при відомих геометричних розмірах всієї системи) від напруги (до граничних значень напруги) з використанням довільної алгоритмічної мови.
Результати розрахунку вивести в таблицю та побудувати саму ВАХ.
Побудувати графіки залежностей бар'єрної та дифузійної ємностей р-n-псреходу як функції напруг та графіки провідностей власної та легованої областей.
6. Література.
Орешкин П.Т. Физика полупроводников й дизлектриков. – М.: ВШ, 1977,448с.
Бонч-бруевич, Калашников С.Г. Физика полупроводников. –М.: Наука, 1977,672 с.
Кикоин М. Таблицы физических величин. – М.: Знергоиздат, 1988,1008с.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора