Дослідження особливостей залежності заряду перемикання від прямого струму для епітаксіальних p-i-n структур різних типів та розмірів - Дипломная работа

Успіхи останньої базуються на досягненнях техніки та технології одержання напівпровідникових кристалів високого ступеня чистоти і структурної досконалості, а також на підвищенні ефективності лабораторного та промислового контролю їх якості. При контролюванні напівпровідникових виробів розглядаються їх електрофізичні параметри, до яких відносяться концентрація основних та неосновних носіїв заряду, рухливість і коефіцієнт дифузії основних та неосновних носіїв заряду, час життя нерівноважних носіїв заряду та концентрація донорних та акцепторних домішок. Методи виміру часу життя нерівноважних носіїв заряду є основними методами контролю якості напівпровідникових матеріалів і структур, що містять p-n перехід, на основі яких виготовляють різні види напівпровідникових приладів і мікросхем, а також складають основу багатьох експериментальних методів дослідження в області фізики напівпровідників.Напівпровідниковим діодом називають нелінійний електронний прилад з двома виводами. Діод частіше всього має структуру, на основі p-n переходу (рис1.1,а), іноді на основі випрямляючого контакту метал-напівпровідник (рис1.1,б). Окрім випрямляючого контакту у напівпровідниковому діоді з p-n переходом або з гетеропереходом повинно бути ще два невипрямляючих контакти, завдяки яким область напівпровідника зєднується з виводами. Якщо в діоді застосовано випрямляючий контакт метал - напівпровідник, тоді невипрямляючий контакт всього один.Залежність постійного струму через напівпровідниковий діод від напруги, або вольт - амперна характеристика звичайно має вид, що показаний на рис.1.2 Вид вольт - амперної характеристики визначається багатьма факторами, відносний вплив яких розрізняється в залежності від конструкції діода, властивостей напівпровідникового матеріалу, стану поверхні напівпровідника, температури зовнішнього середовища і т.д. При нульовій зовнішній напрузі на діоді з p-n переходом в області переходу існує потенційний барєр, завдяки якому струм дрейфу та дифузії урівноважують один одного.У діоді з p-i-n структурою при прямому зміщенні відбувається інжекція дірок із р -шару та електронів із n -шару в і-область /подвійна інжекція/. Інжектовані дірки, дифундуючи крізь базу, частково рекомбінують з електронами, а їх залишок переходить в n -область, де рекомбінація завершується швидше, внаслідок великої концентрації електронів. Досить широке використання знайшли перемикаючі p-i-n діоди, за допомогою яких вдається керувати порівняно високими рівнями СВЧ потужності. Кремній, з якого виготовляють p-i-n діоди, майже завжди р-типу, концентрація акцепторів в ньому дуже мала -.Концентрація донорів в n-області і акцепторів в р-області перевищують .Структура, що зображена на рис.1.3, використовується в потужних p-i-n діодах з товщиною і-області 10…400 мкм та з площею від долей до одиниць квадратного міліметра. Перший з них - режим прямого зміщення, коли через діод проходить прямий струм та опір напівпровідникової структури діода малий.Під впливом позитивної вхідної напруги через діод протікає прямий струм, величина якого визначається амплітудою імпульсу, опором навантаження і прямою провідністю діода (рис. У момент, коли вхідна напруга змінює свою полярність, можна було б очікувати, що струм через діод також миттєво змінить свій напрямок, а по величині буде дорівнювати статичному зворотному струмові діода ізв. Однак практично, у перший момент спостерігається різке збільшення зворотного струму через діод i1 , і лише поступово з плином часом він зменшується до значення, рівного ізв. Тривалість етапу розсмоктування прямо пропорційна часу життя дірок у базі і залежить від співвідношення прямого іпр і зворотного ізв струмів, що проходять через діод. 2.2, а прямого зсуву p-n перехід інжектує в область бази дірки, що під дією дифузії переміщаються в напрямку базового омічного контакту.Заряд перемикання - повна величина заряду, що переноситься перехідним зворотнім струмом після перемикання діода з певного прямого струму на імпульсну зворотну напругу. Коли імпульс від генератора імпульсів зворотної напруги (ГІЗН) не надходить, тоді через діод проходить постійний прямий струм від джерела постійної напруги . Амплітуда імпульсів та їх тривалість підібрані таким чином, щоб за час імпульсу зворотній струм діода міг повністю скомпенсувати накопичений в діоді заряд. Частота проходження імпульсів обирається настільки низкою, щоб за час між імпульсами в діоді встиг накопичитися заряд. Заряд, отриманий конденсатором за час імпульсу, дорівнює заряду, який до початку зворотного імпульсу мав ДД.Імпульсними називають такі напівпровідникові діоди, які завдяки спеціально прийнятим конструктивно - технологічним заходам можуть працювати в швидкодіючих імпульсних схемах з часом перемикання 1 мксек і менш. Вивчення основних фізичних закономірностей, повязаних з цим ефектом, дозволяє розрахувати інерційність діода в тій чи іншій схемі й знайти технологічні шляхи, які дозволять зменшити ефект накопичення й підвищити швидкодію діода. Крім того, важливу роль в інерційно

Зміст

Реферат

Перелік умовних позначок, символів, одиниць, скорочень і термінів

Вступ

1 Напівпровідниковий діод

1.1 Загальні відомості

1.2 Вах напівпровідникового діода

1.3 P-i-n структури

2 Робота напівпровідникового діода в режимі перемикання

2.1 Фізичний механізм перемикання

2.2 Заряд перемикання

3 Особливості перемикання для діодів різних конструкцій

3.1 Сплавні діоди

3.2 Точкові діоди

3.3 Дифузійні діоди

3.4 Епітаксіальні діоди

4 Експерименти по визначенню заряду перемикання досліджуваних діодів

4.1 Експериментальна установка

4.2 Методика експерименту

5 Отримані результати та їх аналіз

6 Охорона праці

Висновки