Вольтамперные характеристики кремниевого диода при 300 К - Курсовая работа

Техника полупроводниковых приборов стала самостоятельной областью электроники. Замена электронных ламп полупроводниковыми приборами успешно осуществлена во многих радиотехнических устройствах. По сравнению с электронными лампами у полупроводниковых приборов имеются существенные достоинства: Малый вес и малые размеры. Различные устройства (выпрямители, усилители, генераторы) с полупроводниковыми приборами имеют высокий КПД, так как потери энергии в самих приборах незначительны. В настоящее время транзисторы успешно применяются в усилителях, приемниках, передатчиках, генераторах, измерительных приборах, импульсных схемах и во многих других устройствах.Диод - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, имеющий нелинейную ВАХ. Для более мощных диодов прямой ток составляет сотни миллиампер и больше при таком же малом напряжении, а сопротивление соответственно снижается до единиц Ом и меньше. Участок характеристики для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе. Обратный ток при обратном напряжении до сотен вольт у диодов небольшой мощности составляет лишь единицы или десятки микроампер. Обратный ток диода не имеет насыщения, а увеличивается с ростом обратного напряжения; он состоит из трех компонентов: теплового тока, образованного неосновными носителями, возникающими за пределами перехода; тока термогенерации пар носителей в области перехода; и тока утечки.Напомним, что в р-области имеются два вида основных носителей заряда: неподвижные отрицательно заряженные ионы атомов акцепторной примеси и свободные положительно заряженные дырки; а в n-области имеются также два вида основных носителей заряда: неподвижные положительно заряженные ионы атомов акцепторной примеси и свободные отрицательно заряженные электроны. В результате такого движения свободных носителей заряда в пограничной области их концентрация убывает почти до нуля и в тоже время в р-области образуется отрицательный пространственный заряд ионов акцепторной примеси, а в n-области положительный пространственный заряд ионов донорной примеси. Между этими зарядами возникает контактная разность потенциалов ?к и электрическое поле Ек , которое препятствует диффузии свободных носителей заряда из глубины р-и n-областей через р-n переход. Таким образом область, объединенная свободными носителями заряда со своим электрическим полем и называется р-n-переходом. 1) Прямое смещение p-n перехода. p-n переход считается смещенным в прямом направлении, если положительный полюс источника питания подсоединен к р-области, а отрицательный к n-области (рис.1.4)1.6, а) небольшую таблетку алюминия помещают на поверхность кремневой пластины с проводимостью n-типа, имеющей ориентацию . Затем пластину с таблеткой нагревают до температуры, немного превышающей температуру эвтектики (~580 C для системы Al-Si). Таким образом, в подложке проводимостью n-типа сформирована сильнолегированная область р-типа (p ). Чтобы получить омический контакт к пластине n-типа, на ее нижнюю поверхность напыляют сплав Au-Sb, содержащий ~0,1 % Sb, и вплавляют его при температуре 400 С для формирования сильнолегированного слоя n-типа (n ). В подложку n-типа проводят диффузию примеси р-типа, например бора из соединения BBR3.Это разность потенциалов в переходе, обусловленная градиентом концентрации носителей заряда. Это энергия, которой должен обладать свободный заряд чтобы преодолеть потенциальный барьер: где k - постоянная Больцмана; е - заряд электрона; Т - температура; Na и NД - концентрации акцепторов и доноров в дырочной и электронной областях соответственно; рр и pn - концентрации дырок в р-и n-областях соответственно; ni - собственная концентрация носителей заряда в нелигированном полупроводнике, jt=КТ/е - температурный потенциал. Ширина p-n-перехода (рис.1) - это приграничная область, обедненная носителями заряда, которая располагается в p и n областях: Wp-n = Wp Wn: , отсюда , где ? - относительная диэлектрическая проницаемость материала полупроводника; ?0 - диэлектрическая постоянная свободного пространства. Если , то и p-n-переход называется симметричным, если , то и p-n-переход называется несимметричным, причем он в основном располагается в области полупроводника с меньшей концентрацией примеси. Коэффициенты диффузии для основных носителей заряда в эмиттере и в базе: для неосновных: Емкость С диода при прямом смещении состоит из барьерной емкости Сб и диффузионной емкости Сдиф, обусловленной неосновными носителями в нейтральных областях диода.Полупроводниковый материал кремний, сферический p-n переход, плотность атомов N и ионизированных атомов ni, принять 5,0?1022 и 1012 см-3 соответственно, на каждые 109 атомов кремния приходиться один атом акцепторной примеси, Nд = 10 000Na на границах ОПЗ, площадь p-n перехода - 0,2 мм2, глубина 0,005 мм, T=300 K., другие справочные данные. Изучить основные электрофизические параметры полупроводниковых диодов и методики их измерений. Определим ширину области пространственного заряда: Определим зарядную емкост