- •Содержание
- •Образование p-n перехода
- •3. Решение уравнения пуассона для области объемного заряда p-n перехода
- •Зависимость ширины ооз и зарядной емкости
- •5. Механизм выпрямления на p-n переходе (диодная теория выпрямления)
- •6. Вольт -амперная характеристика p-n перехода
- •7. Пробой p-n перехода
- •Методические указания по выполнению курсовой рабоТы по дисциплине «физические основы микроэлектроники»
- •9.1 Образование p-n перехода;
- •Задание для расчетной части
- •Порядок расчета
- •Контрольные вопросы для самопроверки
- •Что такое электронно-дырочный переход (p-n переход)?
- •Какие электронно-дырочные переходы называют симметричными и какие несимметричными?
- •Некоторые физические постоянные и соотношения между единицами физических величин
- •Рекомендуемая литература
Методические указания по выполнению курсовой рабоТы по дисциплине «физические основы микроэлектроники»
Настоящая курсовая работа посвящена закреплению знаний студентов по образованию и основным характеристикам электронно-дырочного перехода. Для этого студенту необходимо изучить основы зонной теории твердого тела, механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников, контактные явления в полупроводниках. Нужно обратить внимание на то, что проводящее состояние в полупроводниках в отличие от металлов является возбужденным. Проводимость полупроводников определяется характером и концентрацией введенных примесей и очень сильно (экспоненциально) увеличивается с ростом температуры окружающей среды. Необходимо обратить особое внимание на электрическую нейтральность изолированного электронного и дырочного полупроводника. Следует внимательно рассмотреть изменение концентрации основных и неосновных носителей заряда при увеличении температуры. Только после усвоения перечисленных вопросов можно переходить к изучению контактных явлений в полупроводниках и металлах. Нужно обратить внимание на характеристики контактов: запирающие, антизапирающие, для каких целей можно использовать тот или иной контакт. Знакомство с электронно-дырочным переходом следует начать с технологии. Обратите внимание на различия между резкими и плавными, симметричными и несимметричными переходами, где используется тот или иной переход. Изучите образование электронно-дырочного перехода. Рассмотрите распределения концентрации примеси, подвижных носителей заряда, объемных зарядов, потенциала, электрического поля в зависимости от координаты в контакте двух полупроводников с разным типом проводимости. Особое внимание уделите рассмотрению зонной энергетической диаграммы p-n - перехода в равновесном состоянии и ее изменения при приложении внешнего напряжения. Изучите составляющие токов, протекающих через p-n -переход, зависимость тока от приложенного напряжения, т.е. вольтамперную характеристику, емкостные свойства перехода, явление пробоя p-n -перехода. Подумайте, какие свойства р-n - перехода можно использовать для создания определенных типов полупроводниковых диодов.
В пояснительной записке (объемом не более 15 страниц машинописного или 20 страниц рукописного текста), оформленной в соответствии с ОС ТУСУР 6.1-97*, необходимо представить с учетом Ваших расчетных данных следующее.
9.1 Образование p-n перехода;
9.2 Зонную диаграмму в равновесном состоянии для рассчитываемого p-n перехода;
9.3 Зонную диаграмму p-n-перехода при приложении внешнего напряжения;
9.4 Вольтамперную характеристику (ВАХ) p-n перехода;
9.5 Пробой p-n-перехода;
9.6 Емкость p-n -перехода;
9.7 Расчеты ширины ООЗ, зарядной емкости перехода и их зависимости от приложенного напряжения, и вольтамперной характеристики.
9.8 Построить рассчитанные в п. 9.7 зависимости.
9.9 Объяснить полученные результаты и сделать выводы по работе.
Задание для расчетной части
По исходным данным рассчитать, построить и объяснить зависимости:
1)толщины слоя объемного заряда и емкости германиевого р-n перехода от напряжения в диапазоне от нуля до пробивного напряжения; 2) вольт- амперную характеристику при комнатной температуре (300 К) (напряжение изменять от +0,3 В до пробивного). При расчетах принять следующие константы: относительная диэлектрическая проницаемость германия =16.3; ширина запрещенной зоны = 0,67 эВ; концентрация собственных носителей заряда ni=2.5.1013 см-3; o=8.85.10-14 Ф/см; kT/q=0,026 В.
Концентрацию основных носителей заряда определить из таблицы:
p, Ом . см |
pp, см-3 |
n, Омсм |
nn, см-3 |
1,000 0,100 0,010 0,005 0,001 |
3,501015 5,001016 1,011018 3,00.1018 4,001019 |
1,000 0,100 0,010 0,005 0,001 |
1,641015 2,231016 5,501017 1,501018 1,901019 |
Исходные данные выбрать в соответствии с номером предложенного варианта из нижеперечисленных:
1) А=0,001 cм2; p=0,001 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-6 c;
2) А=0,001 cм2; p=0,001 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-5 c; 3) А=0,005 cм2; p=0,001 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-4 c; 4) А=0,005 cм2; p=0,001 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-3 c; 5) А=0,010 cм2; p=0,010 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-5 c; 6) А=0,010 cм2; p=0,010 Омcм; n=0,010 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-4 c; 7) А=0,050 cм2; p=0,010 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-3 c; 8) А=0,050 cм2; p=0,100 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-4 c; n= 1,010-4 c; 9) А=0,010 cм2; p=0,100 Омcм; n=0,010 Омcм; p= 1,010-4 c; n= 1,010-3 c; 10) А=0,010 cм2; p=1,000 Омcм; n=0,001 Омcм; p= 1,010-3 c; n= 1,010-3 c; 11) А=0,010 cм2; p=1,000 Омcм; n=0,001 Омcм; p= 1,010-3 c; n= 1,010-3 c; 12) А=0,010 cм2; p=0,100 Омcм; n=0,010 Омcм; p= 1,010-4 c; n= 1,010-3 c; 13) А=0,050 cм2; p=0,100 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-4 c;n= 1,010-4 c; 14) А=0,050 cм2; p=0,010 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-3 c; 15) А=0,010 cм2; p=0,010 Омcм; n=0,010 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-4 c; 16) А=0,010 cм2; p=0,005 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-5 c; 17) А=0,005 cм2; p=0,005 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-5 c; 18) А=0,005 cм2; p=0,005 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-5 c; 19) А=0,001 cм2; p=0,001 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-6 c; 20) А=0,001 cм2; p=0,001 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-6 c; 21) А=0,100 cм2; p=0,001 Омcм; n=0,001 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-6 c; 22) А=0,100 cм2; p=0,001 Омcм; n=0,010 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-5 c; 23) А=0,050 cм2; p=0,001 Омcм; n=0,100 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-4 c; 24) А=0,050 cм2; p=0,001 Омcм; n=1,000 Омcм; p= 1,010-6 c; n= 1,010-3 c; 25) А=0,010 cм2; p=0,010 Омcм; n=0,010 Омcм; p= 1,010-5 c; n= 1,010-5 c;
Принятые условные обозначения:
А – площадь p-n -перехода; p , n - удельное сопротивление, соответственно, p- и n- областей; p, n – время жизни, соответственно, электронов и дырок.