Расчет параметров ступенчатого p-n перехода - Курсовая работа

Полупроводники могут находиться в контакте с металлами и некоторыми другими материалами. Наибольший интерес представляет контакт полупроводника с полупроводником. В случае контакта метал - полупроводник выпрямляющими свойствами контакта можно управлять с помощью только одной из половин контакта, а именно, со стороны полупроводника. 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.Такой переход представляет собой область между двумя полупроводниками разного типа проводимости, объединенную основными носителями заряда. В плавных p-n-переходах изменение концентрации донорных (Nd), и акцепторных (Na) примесных атомов происходит на расстоянии, сравнимом с шириной обедненного слоя или превышающем ее. В резких p-n-переходах изменение концентрации примесных атомов от Nd до Na происходит на расстоянии, меньшем ширины обедненного слоя [8]. Эти токи компенсируются дрейфовыми токами, которые вызваны электрическим полем, связанным с нарушением условия электрической нейтральности: n Na = p Nd, (1.1.1) где n и p - концентрация электронов и дырок в полупроводнике: Na, Nd - концентрация ионов акцепторной и донорной примесей. 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)?? (???10-12 с), за исключением участков малой протяженности: , где ?? - время диэлектрической релаксации; ?0 - диэлектрическая постоянная воздуха; ? - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; q - заряд носителя заряда (электрона); n0, p0 - равновесные концентрации электронов и дырок в полупроводнике; ?n, ?p - подвижность электронов и дырок в полупроводнике.Практически все концентрации примесей в p-и n-областях превышают собственную концентрацию носителей заряда ni. Для определения будем полагать, что эмиттером является р-область, а базой n-область. В глубине эмиттера и базы концентрация основных носителей заряда практически совпадает с результирующей концентрацией примеси: рро =Nэ, nno=NБ, (1.2.1) а концентрация не основных носителей определяется законом действующих масс: np0=ni/pp0=ni/Nэ (1.2.2.а) pn0=ni/nn0=ni/NБ (1.2.2.б) Помимо основных носителей эти области содержат неосновные носители: n-область - дырки (pno), р-область-электроны (npo). Т.к. концентрация дырок в области p выше, чем в области n, то часть дырок в результате диффузии перейдет в n область, где в близи границы окажутся избыточные дырки, которые будут рекомбинировать с электронами.Электронно-дырочные переходы в зависимости от технологии изготовления разделяются на точечные, сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, планарные и другие.К полированной и протравленной пластине монокристаллического полупроводника n-типа подводят иглу, например из бериллиевой бронзы с острием 20-30 мкм. Место контакта разогревается до температуры плавления материала зонда, и медь легко диффундирует внутрь полупроводника образуя под зондом небольшую по объему область р-типа.Монокристалл, например германия n-типа распиливают на пластины толщиной 200-400 мкм и затем после травления и полировки разрезают на кристаллы площадью в два-три миллиметра и больше. На кристаллы, помещенные в графитовые кассеты, накладывают таблетку акцепторного материала, чаще всего индия.Диффузионные переходы получают диффузией примусного вещества в исходную полупроводниковую пластинку (рис. При планарном методе диффузии переходы получают, используя изолирующий слой, препятствующий диффузии примесей.Эпитаксиальные переходы образуются ориентированным направлением слоя монокристаллического полупроводника на исходном монокристалле-подложке (рис. Рисунок 1.8 - Эпитаксиальный переход, образованный по планарно-эпитаксиальному методу. Для проведения эпитаксии необходимо создавать условия для конденсации атомов осаждаемого вещества на поверхности подложки.Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии термодинамического равновесия представлена на рис. Так как частицы стремятся занять состояние с минимальной энергией, электроны на диаграмме имеют тенденцию «утонуть», а дырки «всплыть». При отсутствии вырождения, общий для всей системы уровень Ферми расположен внутри запрещенной зоны, ширина которой не зависит от координаты. Электроны, переходящие из n-в р-область, преодолевая этот барьер, увеличивают свою потенциальную энергию на j0 = QVK Поэтому все энергетические уровни полупроводника, искривляясь в область p-n-перехода, поднимаются вверх на Ек, как показано на рис. В электрических нейтральных областях эмиттера (xln0) поле равно нулю, и уровни Ес (энергия, соответствующая дну зоны проводимости), Ev (энергия, соответствующая потолку валентной зоны), Fi (электрическая энергия); располагаются горизонтал

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Часть I. Теоретическая часть

1.1 Понятие о p-n-переходе

1.2 Структура p-n-перехода

1.3 Методы создания p-n-переходов

1.3.1 Точечные переходы

1.3.2 Сплавные переходы

1.3.3 Диффузионные переходы

1.3.4 Эпитаксиальные переходы

1.4 Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии

1.5 Токи через p-n-переход в равновесном состоянии

1.6 Методика расчета параметров p-n-перехода

1.7 Расчет параметров ступенчатого p-n-перехода часть II. Расчет ширины ступенчатого p - n-перехода часть iii. Туннельный пробой и его использование в кремниевых стабилитронах заключение

Приложение. список использованных обозначений

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ