Расчет параметров кремниевого диода - Курсовая работа

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. 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 проведении таких расчетов полупроводниковые приборы представляют моделями , которые с той или иной степенью точности соответствуют реальным приборам. 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.Структурная схема рассчитываемого диода рис.1.1 Рисунок 1.1-Структурная схема кремниевого диода К элементам схемной модели для малых переменных сигналов в p-n переходе относятся такие элементы как: диффузионная Сдиф. и барьерная Сб емкости, радиус базы Rб. 1.1 Определим площадь p-n перехода: S=pa2 1.2)Для расчета диффузионной емкости предварительно определим: 2.1 Ток насыщения 2.1.1 Вычислим Dn и Dp(коеффициенты диффузии): (2.6) где JT-термодинамический потенциал, В; 2.1.2 Термодинамический потенциал вычисляется по формуле: (2.7) где Т-температура, К; При температуре 300° К получим величину ?Т=0.026 В Подставив в формулу (1.6), найденные величины из формул (1.7)-(1.9) найдем коеффициенты диффузии: Dn=0.026*1350=35.1 (см2/с)Согласно условию Uобр.=0.4Uпроб. 3.1 Вычислим удельное сопротивление базы ?б: (3.3) ?n-удельная проводимость ?б= Ом*см 3.2 Вычислим Uпроб. и Uобр.: Из формулы 3.2. вычислим Uпроб. Согласно условию вычислим Uобр 3.3 Вычислим jk (контактная разность потенциалов)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. 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. Глубина проникновения примеси и залегания p-n-перехода определяется температурой и временем проведения диффузии. Переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси значительно меньше p-n-перехода, называют резким p-n-переходом.В данном курсовом проекте, было рассчитано схемную модель диода, для малых переменных сигналов, диффузионную (Сд ) и барьерную (Сб) емкости. При изменении напряжения происходит смещение объемных зарядов, сужения или расширения в зависимости от напряжения. Барьерную емкость можно рассматривать, как емкость плоского конденсатора, обкладками которого служат слой положительных и отрицательных ионов запорного слоя. При изменения напряжения на переходе изменяется не только объемный заряд запорного слоя, но и концентрация неравновесных подвижных носителей в нейтральных приконтактных слоях.

Содержание

1.Введение

2.Расчетная часть

1.Расчет элементов схемной модели Rб

2.Расчет диффузионной емкости

3. Определение барьерной емкости

3. Структура диода и краткое описание его получения

4. Исследование зависимости барьерной емкости от Uобр

5. Пробой лавинный

6. Список литературы кремниевый диод схемная барьерная емкость

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.

В данном курсовом проекте, было рассчитано схемную модель диода, для малых переменных сигналов, диффузионную (Сд ) и барьерную (Сб) емкости.

Барьерная емкость.

Любой p-n- переход содержит два слоя объемных зарядов примесных ионов. При изменении напряжения происходит смещение объемных зарядов, сужения или расширения в зависимости от напряжения. Барьерную емкость можно рассматривать, как емкость плоского конденсатора, обкладками которого служат слой положительных и отрицательных ионов запорного слоя. При этом, чем больше примесей в кристалле тем тоньше переход и больше емкость p-n- перехода.

Диффузионная емкость

При изменения напряжения на переходе изменяется не только объемный заряд запорного слоя, но и концентрация неравновесных подвижных носителей в нейтральных приконтактных слоях. Диффузионной емкость называют отношение приращения объемного заряда неравновесных носителей у границы перехода к изменению напряжения. Величина диффузионной емкости прямо пропорциональна току, протекающему через переход. Поэтому в области обратного смещения когда: I= Іобр»0, эта емкость мала по сравнению с барьерной емкостью. Поэтому в режиме прямого смещения Сп»Сдф, а при обратном смещении Сп»Сб.

Также в данной работе было рассмотрено структуру диода и краткое описание ее получения, исследовано зависимость (Сб) от Uобр. 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 расчета транзисторов.-М.: Энергия 1971г

3.П.И. Баранский - Полупроводниковая электроника . -К.: Наукова думка 1975г.

Размещено на