Расчет параметров кремниевого диода - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Расчет характеристик параметров кремниевого диода. Составление и характеристика элементов схемной модели для малых переменных сигналов. Структура диода и краткое описание его получения, особенности исследования зависимости барьерной ёмкости от Uобр.


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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра микроэлектронных приборов и устройств
по дисциплине Твердотельная электроника
Расчет параметров кремниевого диода
В данной курсовой работе представлен расчет характеристик параметров кремниевого диода, а также расчет элементов схемной модели для малых переменных сигналов. Также в программу включено исследование зависимости барьерной емкости С б =f(U обр. ) и U проб. =f(T).
ДИОД, ДРЕЙФОВЫЙ ТОК, ДИФФУЗИОННЫЙ ТОК , БАРЬЕРНАЯ И ДИФФУЗИОННАЯ ЕМКОСТЬ, ДОНОРЫ, ДИФФУЗИОННАЯ ДЛИНА, ВРЕМЯ ЖИЗНИ НОСИТЕЛЕЙ.
1.Расчет элементов схемной модели R б
3. Структура диода и краткое описание его получения
4. Исследование зависимости барьерной емкости от U обр
кремниевый диод схемная барьерная ёмкость
В формировании будущего специалиста по электронной технике наряду с фундаментальными дисциплинами значительная роль принадлежит курсу `Твердотельные приборы и устройства'. Он дает возможность изучить принципы функционирования твердотельных приборов, области их применения ; уяснить технологию производства и возможные конструкции.
Принцип действия твердотельных приборов основан на процесс в однородных и неоднородных структурах твердого тела.
Основное назначение приборов этой группы - преобразование электрических сигналов или электрической энергии одного вида в электрические сигналы или электрическую энергию другого вида.
К твердотельным приборам , работающим в самых разнообразных условиях , предъявляются чрезвычайно жесткие требования : эксплуатационная надежность , экономичность, устойчивость параметров в течение всего времени работы, взаимозаменяемость приборов прочность конструкции и возможно большую долговечность.
При проектировании полупроводниковых приборов и интегральных микросхем , широко используются методы и средства вычислительной техники . Применения ЭВМ не только сокращает затраты , но и способствует улучшению эксплутационных характеристик разрабатываемых изделий.
При проведении таких расчетов полупроводниковые приборы представляют моделями , которые с той или иной степенью точности соответствуют реальным приборам. Точность и долговечность машинных расчетов в значительной степени зависят от применяемых моделей, которые должны отражать свойства моделируемого элемента, зависимости его характеристик от электрических режимов работы, температуры и других внешних факторов. Кроме того, структура и математическое описание каждой модели должны быть возможно проще, поскольку они оказывают существенное влияние на машинное время, необходимое для анализа конкретных приборов и схем, и требуемый объем памяти ЭВМ.
Модели полупроводниковых приборов в зависимости от системы исходных параметров подразделяется на электрические, физико-топологические и технологические. В электрических моделях исходными данными являются электрические параметры (коэффициенты усиления, сопротивления и т.д.); в технологических- параметры технологических операций, используемых при изготовлении приборов ( время и температура диффузии, количество диффузанта и т.д.).
Модели полупроводниковых приборов классифицируются и по ряду других признаков: модели для малого и большого сигналов; модели ,справедливые в диапазоне температур; модели ,учитывающие изменения параметров приборов в результате воздействия внешних факторов и т.д.
Для представления электрической модели полупроводникового прибора могут использоваться различные способы: аналитический, графический, табличный, схемный, алгоритмический.
Аналитические электрические модели представляют собой уравнения ВАХ ,связывающие в явном виде токи и напряжения прибора. Зная геометрические и электрофизические параметры определенной полупроводниковой структуры, можно не проводить экспериментальную оценку ВАХ макета прибора на ее основе, а рассчитать их на ЭВМ с помощью математической модели. При этом можно легко оценить влияние на ВАХ тех или иных факторов или провести ее оптимизацию по тем или иным параметрам. Таким образом , с помощью ЭВМ проводится модельное макетирование приборов, вносятся необходимые изменения в модель и итерационно проводится повторный расчет до получения заданного результата. Такой анализ объекта путем замены его натурального макета математической моделью называется имитационным моделированием.
Алгоритмическая модель- запрограммированный алгоритм расчета токов и напряжений полупроводникового прибора путем численного решения нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих электрические процессы в приборе, или анализа сложной эквивалентной схемы, уравнения которой формируются и решаются ЭВМ.
Структурная схема рассчитываемого диода рис.1.1
Рисунок 1.1- Структурная схема кремниевого диода
N d =3*10 15 cм -3 W=23 мкм U пр =0.65 В а=18мкм
N a =7*10 17 см -3 L эфф =23мкм U обр =0,4*U проб.
К элементам схемной модели для малых переменных сигналов в p-n переходе относятся такие элементы как: диффузионная С диф . и барьерная С б емкости, радиус базы R б .
Где б-удельное сопротивление базы (б=0,28….3,2 Ом*см );
1.1 Определим площадь p-n перехода:
1.2 Вычислим удельное сопротивление базы с б
Из формулы 1.1 R б соответственно равно: R б ==348.615 Ом
Для расчета диффузионной емкости предварительно определим:
где D n , D p - коеффициент диффузии
n p , p n - концентрации носителей
2.1.1 Вычислим D n и D p (коеффициенты диффузии):
где Т -термодинамический потенциал, В;
2.1.2 Термодинамический потенциал вычисляется по формуле:
При температуре 300 К получим величину ц Т =0.026 В
2.1.3 Определение подвижностей носителя тока
Подставив в формулу (1.6), найденные величины из формул (1.7)-(1.9) найдем коеффициенты диффузии:
2.1.4 Определение диффузионных длин
Подставив из формулы (1.6) найденные значения получим:
Для нахождения концентраций воспользуемся законом действующих масс
Определим концентрацию собственных носителей для Si, концентрация собственных носителей определяется по формуле:
N c - эффективная плотность состояний
при Т=300? К N c =1.04*10 19 см -3
выразим из (2.12) концентрации носителей получим такие выражения:
р і =n i (для идеального p-n перехода )
Имея все необходимые данные для вычисления тока насыщения по формуле (2.5), получим:
Имея необходимые величины для вычисления диффузионной емкости по формуле (2.5) вычислим С д
- диэлектрическая проницаемость, =16;
o - диэлектрическая проницаемость вакуума, o =8.86* 10 -9 ;
к - контактная разность потенциалов;
Согласно условию U обр. =0.4U проб.
3.1 Вычислим удельное сопротивление базы с б :
3.3 Вычислим к (контактная разность потенциалов)
Имея все необходимые величины расчитаем С б
4.Структура диода и краткое описание его получения
Среди разнообразных методов формирования p-n-переходов наибольшее значение имеют два: метод вплавления и метод диффузии примесей. Электронно-дырочный переход, полученный методом вплавления в полупроводник (с последующей рекристаллизацией полупроводника) металла или сплава, содержащего донорные или акцепторные примеси, называют сплавным переходом, а переход, полученный в результате диффузии атомов примеси в полупроводник, - диффузионным.
Метод сплавления (сплавные p-n-переходы). При вплавлении в полупроводник металла или сплава, содержащего донорные или акцепторные примеси, полупроводник с навеской выпрямляемого материала нагревают до расплавления навески, в результате чего часть кристалла полупроводника растворяется в расплаве навески. При последующем охлаждении происходит рекристаллизация полупроводникового кристалла с примесью вплавляемого материала. Если рекристаллизованный слой получился с другим типом электропроводимости по сравнению с электропроводимостью исходного полупроводника, то на границе их раздела возникает p-n-переход.
Диффузионный метод (диффузионные p-n-переходы). Электронно-дырочный переход может быть получен также диффузией акцепторной примеси в донорный полупроводник или донорной примеси в акцепторный полупроводник. Диффузию можно вести из газообразной, жидкой или твердой фазы. Глубина проникновения примеси и залегания p-n-перехода определяется температурой и временем проведения диффузии. Переходом служит граница, отделяющая области с различным типом проводимости.
Эпитаксиальный метод (диоды с мезаструктурой). Принципиально он состоит в осаждении на пластину, например n-типа, монокристаллической эпитаксиальной пленки материала p-типа. На границе этой пленки и основной пластины образуется p-n-переход.
Метод ионного легирования. Сущность метода состоит в том, что поверхностный слой полупроводника данного типа проводимости с помощью ионного пучка легируется примесью, сообщающей этому слою проводимость противоположного знака.
По характеру распределения концентрации примеси различают резкие и плавные p-n-переходы. Переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси значительно меньше p-n-перехода, называют резким p-n-переходом. Резкий p-n-переход получается обычно при методе вплавления примеси.
Электронно-дырочные переходы кремниевых плоскостных диодов изготовляют вплавлением алюминия в кристалл кремния n-типа или вплавлением сплава олова с фосфором либо золота с сурьмой в кристалл кремния p-типа. Переходы получают также путем диффузии фосфора в кристалл кремния p-типа либо путем диффузии бора в кристалл n-типа. Для маломощных кремниевых плоскостных диодов наибольшее распространение получил первый метод. Весьма перспективным можно считать метод диффузии примесей, позволяющий получать p-n-переходы большой площади, т.е. мощные диоды.
5. Исследование зависимости барьерной емкости(С б ) от U обр .
5.1 Определим барьерную емкость p-n-перехода
- диэлектрическая проницаемость, =16;
o - диэлектрическая проницаемость вакуума, o =8.86* 10 -9 ;
к - контактная разность потенциалов;
Из формулы (3.2) U проб соответственно равно U проб. =86с б 0.64 (для p±n)
Из формулы 3.3 сопротивление базы равно:
Исследование барьерной емкости проводим при U обр =1…20 В
Результаты вычислений приведены в таблице 5.1. Зависимость в виде графика приведена на рис. 5.1
Рисунок 5.1. - Зависимость барьерной емкости С б от U обр
При некотором достаточно большом обратном напряжении ток через p-n переход резко возрастает при практически неизменном напряжении.
Резкое увеличение дифференциальной проводимости p-n перехода при достижении обратным напряжением критического значения называется пробоем p-n перехода.
Различают три основных механизма пробоя: связанный с лавинным размножением носителей заряда в запирающем слое - лавинный пробой, обусловленный туннельным эффектом - туннельный пробой и определяемый выделением тепловой энергии, приводящим к саморазогреву p-n перехода,- тепловой пробой. Лавинный и туннельный пробой относятся к электрическому пробою.
Лавинное размножение носителей заряда при обратном напряжении на p-n переходе происходит в результате ударной ионизации атомов полупроводника. Максимальное значение напряженности электрического поля в запирающем слое резкого перехода связано с обратным напряжением U обр соотношением:
Свободные носители заряда - электроны и дырки, - разгоняясь в этом поле, могут набрать энергию достаточную для ударной ионизации полупроводника-разрыва валентных связей. Энергия ионизации Е н превышает энергию ширины запрещенной зоны ?Е. Для германия и кремния Е н =1.5?Е. В результате разрыва валентной связи появляется пара свободных носителей заряда - электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Эти носители заряда могут набрать энергию большую Е н , что приводит к образованию еще двух электронно-дырочных пар. Обратный ток p-n перехода при этом лавинообразно возрастает. Процесс ударной ионизации характеризуется коэффициентом ионизации б(Е), который показывает, какое число электронно-дырочных пар возникает на одном сантиметре длины пути носителя заряда. Коэффициент экспоненциально возрастает с увеличением напряженности электрического поля Е. Средний путь l и , проходимый носителями заряда до ионизации, с ростом Е сильно уменьшается: l и =1/ б(Е)
При малых обратных напряжениях, когда l и больше ширины ОПЗ, вероятность ударной ионизации электронов и дырок невелика, так как лишь немногие носители заряда набирают энергию, достаточную для ионизации, в пределах ОПЗ. Большинство носителей пересекает запирающий слой, не вызывая ионизации полупроводника. С ростом напряженности поля величина б(Е) растет и l и уменьшается. Напряжение при котором происходит стремительное возрастание тока, называется напряжением лавинного пробоя U проб .
Можно принять, что лавинный пробой происходит, когда максимальная напряженность электрического поля достигает критического значения Е кр . Из выражения 5.1 получим:
Для резкого несимметричного p-n перехода приведенная концентрация примеси в p-n переходе N* равна концентрации примеси в базе диода N. Следовательно, напряжение лавинного пробоя обратно пропорционально концентрации примеси в базе диода. Для увеличения напряжения пробоя уменьшают концентрацию легирующей примеси в базе диода.
В данном курсовом проекте, было рассчитано схемную модель диода, для малых переменных сигналов, диффузионную (С д ) и барьерную (С б ) емкости.
Любой p-n- переход содержит два слоя объёмных зарядов примесных ионов. При изменении напряжения происходит смещение объёмных зарядов, сужения или расширения в зависимости от напряжения. Барьерную ёмкость можно рассматривать, как ёмкость плоского конденсатора, обкладками которого служат слой положительных и отрицательных ионов запорного слоя. При этом, чем больше примесей в кристалле тем тоньше переход и больше ёмкость p-n- перехода.
При изменения напряжения на переходе изменяется не только объёмный заряд запорного слоя, но и концентрация неравновесных подвижных носителей в н ейтральных приконтактных слоях . Диффузионной ёмкость называют отношение приращения объёмного заряда неравновесных носителей у границы перехода к изменению напряжения. Величина диффузионной ёмкости прямо пропорциональна току, протекающему через переход. Поэтому в области обратного смещения когда: I = I обр 0, эта ёмкость мала по сравнению с барьерной ёмкостью. Поэтому в режиме прямого смещения С п С дф , а при обратном смещении С п С б .
Также в данной работе было рассмотрено структуру диода и краткое описание ее получения, исследовано зависимость (С б ) от U обр . Было замечено, что при увеличении приложенного напряжения барьерная емкость уменьшается, зависимость численно показана в таблице 5.1,а графически на рисунке 5.1.
1.В.А Батушев - Электронные приборы. М.: Высшая школа 1980г
2.А.Ф. Трутко -Методы расчёта транзисторов.-М.: Энергия 1971г
3.П.И. Баранский - Полупроводниковая электроника . -К.: Наукова думка 1975г.
Расчет основных электрических, технологических и эксплуатационных параметров выпрямительного диффузионного диода на основании заданной структуры (характера распределения примеси) и электрических характеристик. Построение графиков зависимости параметров. курсовая работа [254,5 K], добавлен 15.10.2010
Анализ конструктивных особенностей полупроводниковых диодов. Диодные матрицы и сборки. Структура диода Ганна с перевернутым монтажом. Основные ограничители напряжения. Расчет характеристик диода Ганна. Смесительные и переключательные СВЧ-диоды. курсовая работа [365,9 K], добавлен 18.12.2009
Изучение свойств германиевого и кремниевого выпрямительных полупроводниковых диодов при изменении температуры окружающей среды. Измерение их вольт-амперных характеристик и определение основных параметров. Расчет дифференциального сопротивления диода. лабораторная работа [29,7 K], добавлен 13.03.2013
Закономерности протекания тока в p–n переходе полупроводников. Построение вольтамперных характеристик стабилитрона, определение тока насыщения диода и напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Расчет концентрации основных носителей в базе диода. лабораторная работа [171,4 K], добавлен 27.07.2013
Диоды на основе электронно-дырочного перехода. Режимы работы диода. Технология изготовления электронно-дырочного перехода. Анализ диффузионных процессов. Расчет максимальной рассеиваемой мощности корпуса диода. Тепловое сопротивление корпуса диода. курсовая работа [915,0 K], добавлен 14.01.2017
Зависимость кондактанса от напряжения смещения для двухбарьерной гетероструктуры. Размеры слоев двухбарьерной квантовой структуры. Энергетическая диаграмма резонансно-туннельного диода с приложенным напряжением смещения. Методы измерения ВФХ РТД. контрольная работа [1,6 M], добавлен 01.02.2012
Классификация, структура, принцип работы, обозначение и применение полупроводниковых диодов, их параметры. Расчет вольтамперных характеристик при малых плотностях тока. Особенности переходных характеристик диодов с р-базой. Методы производства диодов. курсовая работа [923,5 K], добавлен 18.12.2009
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



Расчет параметров кремниевого диода курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Архитектурные ордера
Формат Итогового Сочинения
Скачать Собрание Сочинений Жюль Верна Fb2
Шоковая Терапия Ошибка Или Единственный Выход Эссе
Курсовая Работа На Тему Застосування Рухливих І Спортивних Ігор У Процесі Відновлення Координаційних Здібностей Дітей З Діагнозом Церебральний Параліч
Эссе На Тему Быть Учителем
Курсовая работа по теме Расчёт импульсного усилителя
Сочинение 9.3 Мастерство
Сочинение: "Страшный мир" в лирике А.А.Блока
Оздоровительная Программа Двигательной Активности Реферат
Описание Внешности Елены Малышевой Сочинение
Реферат На Тему Понятие И Свойства Информации, Ее Виды
Реферат по теме Земляки на фронтах Великой Отечественной Войны
Контрольная Работа По Теме Русская Литература
Реферат: Менеджмент продуктивности
Курсовая работа по теме Инвестиционный климат России
Курсовая работа по теме Учетная политика для целей налогообложения и ее влияние на формирование налоговых обязательств
Реферат: С нами Бог и андреевский флаг!
Курсовая работа по теме Цех по производству газобетонных блоков производительностью 60 тыс м3/год
Реферат: Классификация и учет персонала
Правовые основы банковского кредитования в России - Государство и право контрольная работа
Сущность и функции права - Государство и право курсовая работа
Обмеження прав приватної власності - Государство и право курсовая работа