- •Содержание
- •1. Назначение прибора (Введение)
- •2. Структура и принцип действия стабилитрона [1]
- •3. Основные параметры и характеристики стабилитрона [1]
- •4. Электрическая схема замещения [2]
- •5. Диапазон основных параметров реальных приборов (справочные данные) [3]
- •6. Примеры применения прибора в электрической схеме [1,4 ,5]
- •7. Расчёт параметров прибора
- •7. 1. Исходные данные к расчёту:
- •7. 3. Эффективные плотности состояний электронов в зп и вз для расчёта собственной концентрации носителей заряда и контактной разности потенциалов:
- •7.5. Сравнение толщины базы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда
- •7.6. Обратная ветвь вольт – амперной характеристики при различных температурах
- •7.7. Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации
- •7.8. Температурный коэффициент напряжения стабилизации
- •Заключение
- •Список использованных источников
7. Расчёт параметров прибора
7. 1. Исходные данные к расчёту:
Особенности структуры: резкий p-n+ переход, тонкая база
Uст = 150 В – напряжение стабилизации при T = 300 К
Iст max = 30 мА – максимально допустимый ток стабилизации
[T1 … T2] = [-40 … +120] 0C – диапазон рабочих температур
m*Nc – эффективная плотность состояний в зоне проводимости
m*Nv – эффективная плотность состояний в валентной зоне
ΔЭ0 – ширина запрещённой зоны кремния при T = 0 К
ε – относительная диэлектрическая проницаемость кремния
β – температурный коэффициент ширины запрещённой зоны
μp0 – подвижность дырок при T = 300 К
μn0 – подвижность дырок при T = 300 К
τn, τp – время жизни электронов и дырок соответственно
jдоп – допустимая плотность прямого тока для кремниевых электронно-дырочных переходов
m0 – масса электрона
q – заряд электрона
h – постоянная Планка
ε0 – электрическая постоянная
kB – постоянная Больцмана
k – постоянная Больцмана в электронвольтах (эВ)
7.2. Удельное сопротивление исходного кремния для p-n+ перехода при T = 300 К
В кремниевых диодах, изготовленных по планарной технологии, пробивное напряжение при лавинном пробое резких несимметричных электронно-дырочных переходов связано с удельным сопротивлением базовой области диода соотношением:
Uпроб = B * ρБ0,78
Расчёт выполняется для p-n+ перехода, поэтому значение коэффициента B принимается равным 48.
Uпроб = B * ρБ0,78 → ρБ = = = 4,309 Ом * см ≈ 4,31 * 10-2 Ом * м
Предполагают, что при комнатной температуре все примесные атомы в полупроводниковой подложке ионизированы (т. е. расчёт выполняется для участка истощения примеси), поэтому по найденному значению ρб определяют концентрацию легирующей примеси в базе. Для базы p-типа электропроводности:
NБ ≈ pp0 = = ≈ 2,9 * 1021 м-3
Принимают, что концентрация легирующей примеси в низкоомной области, прилегающей к p–n-переходу (в эмиттере), в тысячу раз больше, чем соответствующая концентрация примеси в высокоомной области базы:
NЭ = 1000NБ = 2,9 * 1021 *1000 м-3 = 2,9 * 1024 м-3
7. 3. Эффективные плотности состояний электронов в зп и вз для расчёта собственной концентрации носителей заряда и контактной разности потенциалов:
Nc = = ≈ 2,74 * 1025 м-3
Nv = = ≈ 1,05 * 1025 м-3
Собственная концентрация носителей заряда при T = 300 К:
ni = * exp( = ∙ exp( ≈ ≈ 1,185 * 1016 м-3
φк = * ln( ) = * ln( ) ≈ 0,82 В
7.4. Площадь p-n+ перехода и толщина базы диода при T = 300 К
Расчет необходимой площади электронно-дырочного перехода стабилитрона производится в предположении, что и при прямом, и при обратном включениях на единичной площади перехода рассеивается одна и та же максимально допустимая удельная мощность.
S = = = ≈ 2,4 мм2 = 2,4 * 10-6 м2
δmax = = ≈ 8,31 мкм = 8,31 * 10-6 м
wБ = 1,3 * δmax = 1,3 * 8,31 * 10-6 м = 10,8 мкм = 10,8 * 10-6 м
7.5. Сравнение толщины базы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда
Dn = μn * = μn0 * ( * = 0,13 * ≈ 3,4 * 10-3 м2/c
Ln = = ≈ 57,97 * 10-6 м ≈ 57,97 мкм
Для определения вида базы необходимо сравнить толщину базы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда (для p-n+ основные носители заряда – дырки, а неосновные – электроны).
wБp ≈ 10,8 * 10-6 м < Ln ≈ 57,97 * 10-6 м – неравенство выполняется, значит тонкая база