загрузка...

трусы женские
загрузка...
Реферати » Реферати з радіоелектроніки » Розрахунок параметрів ступеневої pn переходу

Розрахунок параметрів ступеневої pn переходу

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ

Студент : Сенаторів Д.Г. група 3-4
Тема: «Розрахунок параметрів ступеневої pn переходу»
Завдання: Розрахувати контактну різницю потенціалів? k в pn-переході.
Вихідні дані для розрахунку наведені в таблиці №1.
Таблиця 1 Вихідні дані.
Найменування параметра Одиниці виміру. Умовне позначення Значення в одиницях системи СІ
Абсолютна величина результуючої домішки в емітері м-3 NЕ 1,51025
Абсолютна величина результуючої домішки в базі м-3 NБ 1, 81022
Діелектрична стала повітря Ф / м? 0 8,8510-12
Заряд електрона Кл e 1,610-19
Відносна діелектрична проникність напівпровідника Ф / м? 16
Постійна Больцмана Дж / К k 1,3810-23
Рівноважна концентрація дірок в n-області м-3 pn0 1010
Рівноважна концентрація дірок в p-області м-3 np0 1,1109
Власна концентрація носіїв заряду м-3 ni 51014
Температура навколишнього середовища KT 290


ОГЛАВЛЕНИЕ.
ВСТУП 4.
ЧАСТИНА I. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА 6.
1.1 Поняття про pn переході 6.
1.2 Структура pn переходу 10.
1.3 Методи створення pn переходів 15.
1.3.1 Точкові переходи 15.
1.3.2 Сплавні переходи 16.
1.3.3 Дифузійні переходи 17.
1.3.4 Епітаксіальні переходи 18.
1.4 Енергетична діаграма pn переходу в рівноважному
стані 20.
1.5 Токи через pn перехід в рівноважному стані 23.
1.6 Методика розрахунку параметрів pn переходу 26.
1.7 Розрахунок параметрів ступеневої pn переходу 29.
ЧАСТИНА II. Розрахунок контактної різниці потенціалів? K в pn-переході 31.
ВИСНОВОК 32.
ДОДАТОК 33.
Список використаних джерел 35.

ВСТУП.

Напівпровідники можуть перебувати в контакті з металами і деякими іншими матеріалами. Найбільший інтерес представляє контакт напівпровідника з напівпровідником. Цей інтерес викликаний наступними двома обставинами. У разі контакту метал-напівпровідник розпрямлюючими властивостями контакту можна керувати за допомогою тільки однієї з половин контакту, а саме, з боку напівпровідника. Це видно хоча б з того факту, що весь замикаючий (або антізапірающій1) шар лежить в напівпровідникової області та його товщину, а значить, і струм можна регулювати концентрацією носіїв n0, тобто вибором типу кристала, легированием напівпровідника, температурою, освітленням і т.д. Друга обставина полягає в тому, що практично поверхні металу і напівпровідника ніколи не утворюють ідеального контакту один з одним. Завжди між ними знаходяться адсорбовані атоми або іони сторонніх речовин. Адсорбовані шари екранують внутрішню частину напівпровідника так, що фактично вони визначають властивості випрямляючих контактів або, у всякому разі, істотно впливають на них.

У разі контакту напівпровідник-напівпровідник, обидва недоліку відсутні т.к. в більшості випадків контакт здійснюють у межах одного монокристала, в якому половина легирована донорной домішкою, інша половина - акцепторной. Існують і інші технологічні методи створення електронно-діркового переходу, які будуть розглянуті в цій роботі. Крім того, метою проведеного дослідження є визначення основних параметрів і характеристик, а також фізичних процесів, що лежать в основі утворення і функціонування pn-переходу для відповіді на основне питання даної роботи: «Яка ширина pn-переходу?» При заданих вихідних параметрах.
У третій частині даної роботи буде зроблено спробу пояснити особливості поведінки електрона з урахуванням спина в зовнішньому електричному полі, введено поняття тонкої структури.

ЧАСТИНА I. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА.
1.1 Поняття про pn переході.
Основним елементом великої групи напівпровідникових приладів є електронно-дірковий перехід. Такий перехід являє собою область між двома напівпровідниками різного типу провідності, об'єднану основними носіями заряду. Залежно від характеру розподілу концентрації домішки в об'єднаному pn шарі переходи бувають ступінчастими (різкими) і плавними.
В плавних pn-переходах зміна концентрації донорних (Nd), і акцепторних (Na) домішкових атомів відбувається на відстані, порівнянній з шириною збідненого шару або перевищує її. В різких pn-переходах зміна концентрації домішкових атомів від Nd до Na відбувається на відстані, меншій ширини збідненого шару [8]. Різкість кордону грає істотну роль, т.к. в плавному pn-переході важко отримати ті вентильні властивості, які необхідні для роботи діодів і транзисторів [4].
На рис. 1.1 представлено розподіл зарядів в напівпровідниках при плавному і різкій зміні типу провідності.
При плавній зміні типу провідності (рис. 1.1.а) градієнт концентраціі2 результуючої домішки малий, відповідно малі і дифузійні токі3 електронів і дірок.
Ці струми компенсуються дрейфовими токамі4, які викликані електричним полем пов'язаним з порушенням умови електричної нейтральності:
n + Na = p + Nd, (1.1.1)
де n і p - концентрація електронів і дірок в напівпровіднику:
Na, Nd - концентрація іонів акцепторної та донорної домішок.


Малюнок 1.1 Розподіл домішки і носіїв заряду в напівпровіднику при зміні типу провідності: (а) плавне зміна типу провідності; (Б) різка зміна типу провідності.
Для компенсації дифузійних струмів досить незначного порушення нейтральності, і умова (1.1.1) можна вважати приблизно виконаним.
Умова електронейтральності свідчить про те, що в однорідному напівпровіднику незалежно від характеру і швидкості утворення носіїв заряду в умовах як рівноважної, так і не рівноважної концентрації не можуть мати місце суттєві об'ємні заряди в плині часу, більшого ( 3-5) ?? (??? 10-12 с), за винятком ділянок малої протяжності:


где ?? - Час діелектричної релаксації; ? 0 - діелектрична постійна повітря; ? - Відносна діелектрична проникність напівпровідника; q - заряд носія заряду (електрона); n0, p0 - рівноважні концентрації електронів і дірок в напівпровіднику; ? N,? P - рухливість електронів і дірок в напівпровіднику.
При різкій зміні типу провідності (рис. 1.1.б) дифузійні струми великі, і для їх компенсації необхідно істотне порушення електронейтральності (1.1.1).
Зміна потенціалу по глибині x напівпровідника відбувається за експоненціальним законом:. Глибина проникнення електричного поля в напівпровідник, Ld, називається дебаевской завдовжки і визначається з рівняння:
,
де - температурний потенціал.
При цьому електрична нейтральність істотно порушується, якщо на дебаевской довжині зміна результуючої концентрації домішки велике.
Таким чином нейтральність порушується за умови:
(1.1.2)
У стані термодинамічної рівноваги при відсутності вирожденія5 справедливий закон діючих мас :
(1.1.3)

За умови (1.1.3) права частина (1.1.2) досягає мінімуму при тому умова існування переходу (умова істотного порушення нейтральності ) має вигляд:
, (1.1.4)
де-дебаевская довжина у власному напівпровіднику.
Переходи, в яких зміна концентрації домішки на границі шарів p- і n-типу можуть вважатися стрибкоподібними називаються ступінчастими.
В плавних переходах градієнт концентрації домішки кінцевий, але задовольняє нерівності (1.1.4).
Практично ступінчастими можуть вважатися pn-переходи, в яких зміна концентрації домішки істотно змінюється на відрізку меншому Ld.
Такі переходи можуть бути отриманими шляхом сплаву, епітаксії.
Стосовно концентрації основних носіїв в шарах p- і n-типу переходи діляться на симетричні і несиметричні.
Симетричні переходи мають однакову концентрацію основних носіїв в шарах (pp? Nn). В несиметричних pn-переходах має місце різна концентрація основних носіїв в шарах (pp>> nn або nn>> pp), различающаяся в 100-1000 разів [3].

1.2 Структура pn-переходу.
Найбільш просто піддаються аналізу ступінчасті переходи. Структура ступеневої переходу представлена ??на рис. 1.2. Практично всі концентрації домішок в p- і n-областях перевищують власну концентрацію носіїв заряду ni. Для визначення будемо вважати, що емітером є p-область, а базою n-область. У більшості практичних випадків виконується нерівність

де і-результірующіе концентрації домішки в емітері і базі.
Малюнок 1.2 відповідає кремниевому переходу (ni? 1010 см-3) при кімнатній температурі (Т = 290К) з концентрацією домішки,.

Малюнок 1.2 Розподіл домішки і носіїв заряду в ступінчастому PN переході: (а) - полулогарифмической масштаб; (Б) - лінійний масштаб.
В глибині емітера і бази концентрація основних носіїв заряду практично збігається з результуючої концентрацією домішки:
pро = Nе, nnо = NБ, (1.2.1)
а концентрація не основних носіїв визначається законом діючих мас:
nр0 = ni / pр0 = ni / Nе (1.2.2.а)
pn0 = ni / nn0 = ni / NБ (1.2.2.б)
Індекси «p» і «n» відповідають p- і n-областям, а індекс «0» відповідає стану термодинамічної рівноваги . Слід зазначити, що концентрація не основних носіїв в базі більше ніж в емітері (а при Nе>> NБ багато більше). На рис. 1.2.а розподіл домішок і носіїв заряду представлено в напівлогарифмічному масштабі.
Перехід займає область-lр0

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар