Расчет параметров ступенчатого p-n перехода - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Контакт полупроводника с полупроводником. Понятие, структура и методы создания p-n-переходов. Особенности поведения электрона с учетом спина в электрическом поле. Распределение примеси и носителей заряда в полупроводнике. Время диэлектрической релаксации.


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.
Тема: «Расчет параметров ступенчатого p-n перехода»
Задание: Рассчитать протяжённость p-n-перехода в n-области.
Исходные данные для расчета приведены в таблице №1.
Абсолютная величина результирующей примеси в базе
Абсолютная величина результирующей примеси в эмиттере
Относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника
Равновесная концентрация дырок в n-области
Равновесная концентрация дырок в p-области
Собственная концентрация носителей заряда
Полупроводники могут находиться в контакте с металлами и некоторыми другими материалами. Наибольший интерес представляет контакт полупроводника с полупроводником. Этот интерес вызван следующими двумя обстоятельствами. В случае контакта метал - полупроводник выпрямляющими свойствами контакта можно управлять с помощью только одной из половин контакта, а именно, со стороны полупроводника. Это видно хотя бы из того факта, что весь запирающий (или антизапирающий Антизапирающим называют приконтактный слой, обогащённый свободными носителями заряда. ) слой лежит в полупроводниковой области и его толщину, а значит, и ток можно регулировать концентрацией носителей n 0 , т.е. выбором типа кристалла, легированием полупроводника, температурой, освещением и т.д. Второе обстоятельство заключается в том, что практически поверхности металла и полупроводника никогда не образуют идеального контакта друг с другом. Всегда между ними находятся адсорбированные атомы или ионы посторонних веществ. Адсорбированные слои экранируют внутреннюю часть полупроводника так, что фактически они определяют свойства выпрямляющих контактов или, во всяком случае, существенно влияют на них.
В случае контакта полупроводник - полупроводник оба недостатка отсутствуют т.к. в большинстве случаев, контакт осуществляют в пределах одного монокристалла, в котором половина легирована донорной примесью, другая половина - акцепторной. Существуют и другие технологические методы создания электронно-дырочного перехода, которые будут рассмотрены в данной курсовой работе. Кроме того, целью предпринимаемого исследования является определение основных параметров и характеристик, а также физических процессов, лежащих в основе образования и функционирования p-n-перехода для ответа на основной вопрос данной работы: «Какова ширина p-n-перехода?» при заданных исходных параметрах.
В третьей части данной работы будет предпринята попытка объяснить особенности поведения электрона с учетом спина во внешнем электрическом поле, введено понятие тонкой структуры.
На рис. 1.1 представлено распределение зарядов в полупроводниках при плавном и резком изменении типа проводимости.
Рисунок 1.1 - Распределение примеси и носителей заряда в полупроводнике при изменении типа проводимости: (а) плавное изменение типа проводимости; (б) резкое изменение типа проводимости.
При плавном изменении типа проводимости (рис. 1.1.а) градиент концентрации Отношение изменения концентрации носителей заряда к расстоянию на котором это изменение происходит называется градиентом концентрации: grad n = ?n/?x = dn/dx результирующей примеси мал, соответственно малы и диффузионные токи Диффузионным током называют ток, вызванный тепловым движением электронов. электронов и дырок.
Эти токи компенсируются дрейфовыми токами Ток, созданный зарядами, движущимися в полупроводнике из-за наличия электрического поля и градиента потенциала называется дрейфовым током. , которые вызваны электрическим полем, связанным с нарушением условия электрической нейтральности:
где n и p - концентрация электронов и дырок в полупроводнике:
N a , N d - концентрация ионов акцепторной и донорной примесей.
Для компенсации диффузионных токов достаточно незначительного нарушения нейтральности, и условие (1.1.1) можно считать приближенно выполненным.
Условие электронейтральности свидетельствует о том, что в однородном полупроводнике независимо от характера и скорости образования носителей заряда в условиях как равновесной, так и не равновесной концентрации не могут иметь место существенные объемные заряды в течение времени, большего (3-5)ф е (ф е ?10 -12 с), за исключением участков малой протяжённости:
где ф е - время диэлектрической релаксации; е 0 - диэлектрическая постоянная воздуха; е - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; q - заряд носителя заряда (электрона); n 0 , p 0 - равновесные концентрации электронов и дырок в полупроводнике; м n , м p - подвижность электронов и дырок в полупроводнике.
При резком изменение типа проводимости (рис. 1.1.б) диффузионные токи велики, и для их компенсации необходимо существенное нарушение электронейтральности (1.1.1).
Изменение потенциала по глубине x полупроводника происходит по экспоненциальному закону: . Глубина проникновения электрического поля в полупроводник, L d , называется дебаевской длиной и определяется из уравнения:
При этом электрическая нейтральность существенно нарушается, если на дебаевской длине изменение результирующей концентрации примеси велико.
Таким образом, нейтральность нарушается при условии:
В состоянии термодинамического равновесия при отсутствии вырождения Отсутствие вырождения характеризует существенная концентрация носителей заряда собственной электропроводности. справедлив закон действующих масс:
при условии (1.1.3) правая часть (1.1.2) достигает минимума при , поэтому условие существования перехода (условие существенного нарушения нейтральности) имеет вид:
где дебаевская длина в собственном полупроводнике.
Переходы, в которых изменение концентрации примеси на границе слоев p- и n-типа могут считаться скачкообразными называются ступенчатыми.
В плавных переходах градиент концентрации примеси конечен, но удовлетворяет неравенству(1.1.4).
Практически ступенчатыми могут считаться p-n-переходы, в которых изменение концентрации примеси существенно меняется на отрезке меньшем L d .
Такие переходы могут быть полученными путем сплавления, эпитаксии.
По отношению к концентрации основных носителей в слоях p- и n-типа переходы делятся на симметричные и несимметричные.
Симметричные переходы имеют одинаковую концентрацию основных носителей в слоях (p p ? n n ). В несимметричных p-n-переходах имеет место различная концентрация основных носителей в слоях (p p >> n n или n n >> p p ), различающаяся в 100 - 1000 раз [3].
Рисунок 1.2 соответствует кремниевому переходу (n i ? 10 10 см -3 ) при комнатной температуре (Т=290К) с концентрацией примеси ,.
Рисунок 1.2 - Распределение примеси и носителей заряда в ступенчатом P-N переходе: (а)- полулогарифмический масштаб; (б)- линейный масштаб.
В глубине эмиттера и базы концентрация основных носителей заряда практически совпадает с результирующей концентрацией примеси:
p ро =N э , n nо =N Б , (1.2.1)
а концентрация не основных носителей определяется законом действующих масс:
n р0 =n i /p р0 =n i /Nэ (1.2.2.а)
p n0 =n i /n n0 =n i /N Б (1.2.2.б)
Индексы «p» и «n» соответствуют p- и n-областям, а индекс «0» соответствует состоянию термодинамического равновесия. Следует отметить, что концентрация не основных носителей в базе больше чем в эмиттере (а при N э >>N Б много больше). На рис.
1.2.а распределение примесей и носителей заряда представлено в полулогарифмическом масштабе.
Переход занимает область -l р0 < x < l n 0 . Конечно границы перехода x=-l p 0 и x=l n 0 определены в некоторой степени условно, так как концентрация основных носителей изменяется плавно. Тем не менее, из рисунка видно, что уже на небольшом расстоянии от границ внутри перехода выполняется равенство:
Неравенства (1.2.3) выполняется во всем p-n-переходе.
На рис. 1.2.б распределение концентрации носителей и примесей заряда изображены в линейном масштабе. Из рисунка видно, что в эмиттерной области перехода (-l p 0 l n0 ) поле равно нулю, и уровни Е с (энергия, соответствующая дну зоны проводимости), Е v (энергия, соответствующая потолку валентной зоны), F i (электрическая энергия); располагаются горизонтально. В области p-n-перехода (-l p0 <хl n0 ) электрическое поле направлено справа налево (вдоль градиента F i )
Равновесная концентрация носителей заряда в отсутствии вырождения определяется взаимным расположением уровней F и F i .
n о = n i ехр [(F - F i ) / kT ] (1.4.1)
p о = n i ехр [(F i - F ) / kT ] (1.4.2)
В эмиттере p-типа (х>N Б практически весь переход сосредоточен в области базы (1 р0 <<1 n 0 = 1 0 ).
Поскольку величина к слабо логарифмически зависит от концентрации примеси в эмиттере, при N э >>N Б параметры перехода определяются практически только свойством базы:
часть II Рассчитать протяженность p - n - перехода в P -области ( l po )
· Uпpоб >7 В становится доминиpующим.
Обозначения основных величин, принятые в работе
E c - энергия соответствующая дну запрещённой зоны
E k - энергетическая ступень, образующаяся в p-n-переходе
E max - максимальная напряжённость электрического поля
E v - энергия соответствующая потолку валентной зоны
F ip (F in ) - электростатическая энергия в p (n)-области
j g 0 - плотность тока термогенерации носителей заряда
j ngp 0 (j pgp 0 ) - плотность дрейфового тока, текущего через p-n-переход из n-области (p-области) в p-область (n-область)
j ngup 0 (j pgup 0 ) - плотность диффузионного тока, текущего через p-n-переход из n-области (p-области) в p-область (n-область)
j z 0 - плотность тока рекомбинации носителей заряда
l n 0 (l p 0 ) - ширина n (p) -области p-n-перехода
N - результирующая концентрация примеси
n (p) - концентрация электронов (дырок) в полупроводнике
n 0 (p 0 ) - равновесная концентрация электронов (дырок) в полупроводнике
N a (N d ) - концентрация акцепторной (донорной) примеси.
n i - собственная концентрация носителей заряда
n n (n p ) - концентрация электронов в n (р) области
n no (n po ) - равновесная концентрация электронов в n (р) области
N Э (N Б ) - абсолютная величина результирующей примеси в эмиттере (базе)
P(x) - распределение плотности объёмного заряда
p p (p n ) - концентрация дырок в р (n) области
p po (p no ) - равновесная концентрация дырок в р (n) области
p Э (p Б ) - плотность объёмного заряда
е - напряженность электрического поля
е - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника
е 0 - диэлектрическая постоянная воздуха
м n (м p ) - подвижность электронов (дырок)
ф е - время диэлектрической релаксации
ц k - контактная разность потенциалов
Анималу А. Квантовая теория кристаллических твердых тел. -М.: Мир, 1981;
Блейкмор Дж. Физика твердого тела. -М.: Мир, 1988;
Гранитов Г.И. Физика полупроводников и полупроводниковые приборы. -М.: Сов. радио, 1977;
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное издание. -М.: Высшая школа, 1991;
Давыдов А.С. Квантовая механика. -М.: Физматгиз, 1963;
Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 т. -М.: Наука, 1979. Т.3;
Фистуль В.И, Введение в физику полупроводников. -М.: Высшая школа, 1984;
Электроника. Энциклопедический словарь. -М.: Советская энциклопедия, 1991.
Температурная зависимость концентрации равновесных носителей заряда в полупроводнике. Температуры ионизации донорной примеси и основного вещества в полупроводнике тока методом последовательных приближений. Электропроводность и удельное сопротивление. курсовая работа [271,8 K], добавлен 26.11.2009
Изменение концентрации носителей и проводимости в приповерхностном слое полупроводника под действием электрического поля. Эффект поля в собственном и примесном полупроводниках. Механизмы рекомбинации носителей. Законы движения носителей в полупроводниках. презентация [206,2 K], добавлен 27.11.2015
Физико-химические основы процессов микроэлектроники. Распределение примесей после зонной плавки. Расчет распределения примеси в полупроводнике после диффузионного отжига при различных условиях диффузии. Нахождение положения электронно-дырочного перехода. курсовая работа [839,1 K], добавлен 30.10.2011
Применение полупроводниковых приборов в радиоэлектронике. Типы тиристоров, понятие о динисторах, их вольтамперная характеристика и параметры, проектирование структуры. Виды и выбор полупроводникового материала. Время жизни неосновных носителей заряда. курсовая работа [2,2 M], добавлен 18.12.2009
Полупроводниковые материалы, изготовление полупроводниковых приборов. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости. Незаполненная электронная связь в кристаллической решетке полупроводника. Носители зарядов, внешнее электрическое поле. лекция [297,5 K], добавлен 19.11.2008
Полупроводники и их физические свойства. Генерация и рекомбинация свободных носителей заряда. Влияние донорных и акцепторных примесей. Понятие р-п -перехода и факторы, влияющие на его свойства. Полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы, их виды. контрольная работа [1,2 M], добавлен 19.03.2011
Описание проектируемого участка линии связи и выбор аппаратуры уплотнения. Трасса прокладки кабельной линии связи и устройство ее переходов через преграды. Выбор типа магистральных кабелей, распределение всех цепей по четверкам, парам, расчет параметров. курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.03.2018
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 ступенчатого p-n перехода курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Поля Курсовой Работы 2022
Реферат по теме Государственный историко-архитектурный, художественный и ландшафтный музей-заповедник «Царицыно»
Методы Оценки Персонала И Аттестация Кадров Реферат
Структура Эссе Журналистика
Реферат по теме Фьючерсные операции товарных бирж в России
Сборник Готовых Эссе По Обществознанию
Реферат: Патентование избирательных программ в контексте формирования концептуального рынка. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Якобинская диктатура во Франции. Основные учреждения и режим правления
Реферат по теме Песенно-поэтическое творчество иеромонаха Романа (Матюшина): духовное содержание и образный строй
Реферат: Партнерство и психосексуальные расстройства
Курсовая работа: Насилие и агрессия как формы самоутверждения
Сочинение Про Внешность Человека С Причастными Оборотами
Сочинения 9 Класс Скачать
Дипломная работа по теме Диплом персонал Центр туризма
Курсовая работа: Развитие активного словаря прилагательных средствами дидактических игр у детей с ОНР
Реферат По Теме Литература
Русский Язык 7 Класс Пишем Сочинение
Реферат На Тему История Развала Русской Армии В 1917 Году
Курсовая работа: Внешняя и внутренняя среда организации 3
Реферат по теме ОРН - гестоз
Геофизические исследования в ООО "Когалымнефтегеофизика" - Геология, гидрология и геодезия отчет по практике
Договор строительного подряда - Государство и право курсовая работа
Крестовый поход латинцев - История и исторические личности реферат