Емкость резкого p-n перехода - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Емкость резкого p-n перехода

Выражение для емкости резкого p-n перехода в случае полностью ионизированных примесей. Определение величины его барьерной емкости. Расчет контактной разности потенциалов, толщины слоя объемного заряда. Величина собственной концентрации электронов и дырок.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Множитель Nв (1.7) называют эффективным числом состояний в зоне проводимости, приведенным ко дну зоны. Смысл этого числа состоит в следующем. Если с дном зоны проводимости, для которой Е=0, совместить Nсостояний, то, умножив это число на вероятность заполнения дна зоны, равную f(0)=exp(/kT), получим концентрацию электронов в этой зоне.
Подобный расчет, проведенный для дырок, возникающих в валентной зоне, приводит к выражению:
- эффективное число состояний в валентной зоне, приведенное к потолку зоны.
Из формул (1.7) и (1.8) следует, что концентрация свободных носителей заряда в данной зоне определяется расстоянием этой зоны от уровня Ферми: чем больше это расстояние, тем ниже концентрация носителей, так как и отрицательны.
В собственных полупроводниках концентрация электронов в зоне проводимости n равна концентрации дырок в валентной зоне p, так как
каждый электрон, переходящий в зону проводимости, «оставляет» в валентной зоне после своего ухода дырку. Приравнивая правые части соотношения (1.5) и (1.8), находим
Решая это уравнение относительно , получаем
Подставив из (1.10) в (1.5) и (1.7), получим
Из формулы (6.12) видно, что равновесная концентрация носителей заряда в собственном полупроводнике определяется шириной запрещенной зоны и температурой. Причем зависимость nи pот этих параметров является очень резкой.
Рассчитаем собственную концентрацию электронов и дырок при Т=300К.
E g =(0,782-3,910 300)1,6 10 -19 =1,06410 -19 Дж
2. Расчет контактной разности потенциалов
Для n-области основными носителями являются электроны, для p-области - дырки. Основные носители возникают почти целиком вследствие ионизации донорных и акцепторных примесей. При не слишком низких температурах эти примеси ионизированы практически полностью, вследствие чего концентрацию электронов в n-области nможно считать равной концентрации донорных атомов: nN, а концентрацию дырок в p-области p- концентрация акцепторных атомов в p-области: pN.
Помимо основных носителей эти области содержат не основные носители: n-область - дырки (p), p-область - электроны (n). Их концентрацию можно определить, пользуясь законом действующих масс:
Как видим, концентрация дырок в p-области на 6 порядков выше концентрации их в n-области, точно так же концентрация электронов в n-области на 6 порядков выше их концентрации в p-области. Такое различие в концентрации однотипных носителей в контактирующих областях полупроводника приводит к возникновению диффузионных потоков электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. При этом электроны, перешедшие из n- в p-область, рекомбинируют вблизи границы раздела этих областей с дырками p-области, точно так же дырки, перешедшие из p- в n-область, рекомбинируют здесьс электронами этой области. В результате этого в приконтактном слое n-области практически не остается свободных электронов и в нем формируется неподвижный объемный положительный заряд ионизированных доноров. В приконтактном слое p-области практически не остается дырок и в нем формируется неподвижный объемный отрицательный заряд ионизированных акцепторов.
Неподвижные объемные заряды создают в p-n-переходе контактное электрическое поле с разностью потенциалов V, локализованное в области перехода и практически не выходящее за его пределы. Поэтому вне этого слоя, где поля нет, свободные носители заряда движутся по-прежнему хаотично и число носителей, ежесекундно наталкивающихся на слой объемного заряда, зависит только от их концентрации и скорости теплового движения. Как следует из кинетической теории газов, для частиц, подчиняющихся классической статистике Максвела-Больцмана, это число nопределяется следующим соотношением:
где n- концентрация частиц; - средняя скорость теплового движения; S - площадь, на которую они падают.
Неосновные носители - электроны из p-области и дырки из n-области, попадая в слой объемного заряда, подхватываются контактным полем V и переносятся через p-n-переход.
Обозначим поток электронов, переходящих из p- в n-область, через n, поток дырок, переходящих из n- в p-область, через p.
Из (2.10) и (2.11) следует, что выравнивание встречных потоков электронов и дырок происходит при одной и той же высоте потенциального барьера . Этот барьер тем выше, чем больше различие в концентрации носителей одного знака в n- и p-областях полупроводника.
Рассчитаем контактную разность потенциалов при 300 К.
3. Расчет толщины слоя объемного заряда
Для определения вида функции (x), характеризующей изменение потенциальной энергии электрона при переходе его из n- в p-область (или дырки при переходе ее из p- в n-область), воспользуемся уравнением Пуассона
в котором (x) представляет собой объемную плотность зарядов, создающих поле. Будем полагать, что донорные и акцепторные уровни ионизированы полностью и слой dпокинули практически все электроны, а слой d- все дырки. Тогда для области n (x>0) (x) qNq n, для области p (x<0) ) (x) - qN -qp. Подставляя это в (3.1), получаем
Так как на расстояниях xdи x - d контактное поле в полупроводнике отсутствует, то граничными условиями для этих уравнений являются :
Решение уравнений (3.2) и (3.3) с граничными условиями (3.4) и (3.5) приводит к следующим результатам:
= N(d- x) для 00 при прямом и V<0 при обратном смещении.
Установление стационарного состояния при наличии смещения происходит следующим образом. Обратное смещение V, приложенное к полупроводнику, создает в n- и p-областях внешнее поле Е, вызывающее дрейф основных носителей к омическим контактам, с помощью которых полупроводник подключается в цепь. Отток основных носителей от p-n-перехода приводит к обнажению новых слоев ионизированных доноров и акцепторов и расширению области объемного заряда. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все внешнее смещение V не окажется приложенным к p-n-переходу.
Прямое смещение вызывает приток основных носителей к области объемного заряда, в результате которого заряды, созданные внешним источником э.д.с. на омических контактах, переносятся к p-n-переходу и сужают его.
После установления стационарного состояния практически все напряжение V падает на p-n-переходе, так как его сопротивление на много порядков выше сопротивления остальных областей полупроводника.
Таким образом, приложенное к p-n-переходу внешнее напряжение вызывает появление в первый момент времени импульса тока во внешней цепи, приводящего, в конечном счете, к увеличению или уменьшению объемного заряда p-n-перехода. Поэтому переход ведет себя как емкость. Ее называют барьерной, или зарядовой, емкостью, так как она связана с изменением потенциального барьера p-n-перехода. При подаче на переход обратного смещения барьерная емкость заряжается, при подаче прямого смещения - разряжается.
Величину барьерной емкости можно вычислять по формуле плоского конденсатора
где S- площадь p-n-перехода; - диэлектрическая проницаемость полупроводника; d - толщина слоя объемного заряда, играющая роль расстояния между обкладками конденсатора. Отличие от конденсатора состоит в том, что d в выражении (4.3) не является величиной постоянной, а зависит от внешнего смещения V. Поэтому и барьерная емкость Стакже зависит от внешнего смещения V. Подставляя в (4.2) d из (4.1), получаем
Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА. - М.: Советское радио, 1979.
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. - М.: Высшая школа, 1986.
Пасынков В.В., Чиркин Л.К. полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1987.
Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. - М.:Наука,1971.
Определение величины обратного тока диодной структуры. Расчет вольт-амперной характеристики идеального и реального переходов. Зависимости дифференциального сопротивления, барьерной и диффузионной емкости, толщины обедненного слоя от напряжения диода. курсовая работа [362,1 K], добавлен 28.02.2016
Расчет температурной зависимости концентрации электронов в полупроводнике акцепторного типа. Определение и графическое построение зависимости энергии уровня Ферми от температуры: расчет температур перехода к собственной проводимости и истощения примеси. курсовая работа [3,1 M], добавлен 15.02.2013
Кривые объема и площадей. Определение емкости водохранилища без учета потерь и с учетом потерь стока. Характерные уровни и емкости водохранилища. Обеспеченность гидрологических характеристик. Построение теоретической кривой по методу Крицкого-Менкеля. реферат [494,1 K], добавлен 24.07.2012
Расчет емкости конденсатора, расстояния между его пластинами, разности потенциалов, энергии и начальной скорости заряженной частицы, заряда пластины. График зависимости тангенциального ускорения иона от времени полета между обкладками конденсатора. контрольная работа [94,6 K], добавлен 09.11.2013
Выбор емкости рабочего и пускового конденсатора. Выбор схемы включения двигателя и типа конденсаторов. Пуск двигателя без нагрузки и под нагрузкой, близкой к номинальному моменту. Определение значения напряжения на конденсаторе и рабочей емкости. курсовая работа [380,9 K], добавлен 08.07.2014
Понятие электрической емкости системы из двух проводников. Конструкции конденсаторов: бумажных, слюдяных, керамических, электролитических, переменной емкости с воздушным или твердым диэлектриком. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. презентация [728,9 K], добавлен 27.10.2015
Классификация веществ по электропроводности. Расчёт эффективной массы плотности состояний электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне, концентраций свободных носителей заряда. Определение зависимости энергии уровня Ферми от температуры. курсовая работа [913,5 K], добавлен 14.02.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Емкость резкого p-n перехода курсовая работа. Физика и энергетика.
Отчет по практике по теме Управление персоналом: деятельность по оценке и аттестации работников
Реферат: Лихеноиндикация качества воздуха
Дипломная работа: Технологический процесс сборки и сварки секции палубы первого яруса в районе 200...220шп с экономическим обоснованием
Реферат На Тему Баскетбол 9 Класс
Реферат: Обеспечение безопасности и предупреждение травматизма
Дипломная работа по теме Исследование финансового состояния ОАО 'ВЭЛАН'
Доклад по теме Криптоспороидоз
Дипломные Курсовые Москва
Культура Межнационального Общения Эссе
Курсовая работа: Инвестиции в здравоохранении
Реферат по теме Применение методов оценки эффективности инвестиционных проектов на примере организации производства по пошиву школьной формы.
Педагогическая Мудрость Позиции Воспитателя Эссе
Формирование выносливости у больных с инфарктом миокарда средствами адаптивной физической культуры на поликлиническом этапе реабилитации
Курсовая работа по теме Проектирование цеха и технологии получения триоксида молибдена в условиях Сорского месторождения медно-молибденовых руд
Реферат: Нові дослідження Волчанського городища
Реферат: Why Limp Bizkit Is Not Heavy Metal
Курсовая работа по теме Оптимизация законодательной инициативы
Реферат по теме Делакруа
Программа По Развитию Морфологической Стороны Речи Курсовая
Сочинение Рассуждение Про Пословицу Поспешишь Людей Насмешишь
Разработка списка документов университета - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа
Конституционно-правовой статус Конституционного Суда Российской Федерации - Государство и право реферат
Обследва процеса на реформинг на природния газ и получаване на водород - Производство и технологии дипломная работа