Курсова робота з Фізика напівпровідників та діелектриків. Робота № 501455

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2015

Тип роботи:

Курсова робота

Предмет:

Фізика напівпровідників та діелектриків

Варіант:

Завантажити

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.

Курсова робота Фізика напівпровідників та діелектриків

2015

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись

Інформація про навчальний заклад

Інформація про роботу

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Коментарі

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Оголошення від адміністратора

Admin

Вхід на сайт

Поскаржитися на роботу