- •Предисловие
- •1. Расчет концентрационных профилей
- •Введение
- •Механизмы диффузии
- •Уравнения диффузии
- •Диффузия из постоянного источника
- •Часто вместо выражения (1.15) используют
- •Диффузия из слоя конечной толщины (из непостоянного источника)
- •Диффузия из равномерно насыщенного тела
- •Диффузия из “концентрационной ступеньки”
- •1.4. Методы исследования диффузии в полупроводниках
- •1.4.1. Радиоактивные методы
- •1.4.2. Микрозондовые методы
- •1.4.3. Электрические методы
- •1.4.4. Емкостные методы
- •1.5. Последовательность выполнения работы
- •1.5.1. Диффузия из постоянного источника
- •1.5.2. Диффузия из равномерно насыщенного тела
- •1.5.3.Диффузия из слоя конечной толщины
- •1.5.4.Диффузия из «концентрационной ступеньки»
- •2. Расчет основных параметров легированного полупроводника
- •2.1. Закон действующих масс
- •2.2.Уровень Ферми
- •2.4. Последовательность выполнения работы
- •2.4.1. Необходимо определить
- •2.4.2. Пример расчета
- •3. Расчет основных параметров и характеристик p-n-перехода
- •3.1. Эффект поля
- •3.2. Концентрация электронов и дырок в области пространственного заряда
- •3.3. Образование и зонная диаграмма р-n перехода
- •Распределение свободных носителей в p‑n переходе
- •Поле и потенциал в p‑n переходе
- •Вольт‑амперная характеристика р‑n-перехода
- •Емкость p‑n перехода
- •3.8. Последовательность выполнения работы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
Н.В. Литвин
Твердотельная электроника
Учебно-методическое пособие
к выполнению курсовой работы
Новочеркасск 2006
УДК 621.382 (076.5)
Рецензент - канд. техн. наук А.М. Семенцев
Литвин Н.В.
Твердотельная электроника: методические указания к выполнению курсовой работы. / Волгодонский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск, 2006.- 49 с.
Даны методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Твердотельная электроника». Приводятся необходимые теоретические пояснения, порядок и последовательность выполнения работы.
Методические указания предназначаются студентам специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника».
© Волгодонский институт (филиал)
ЮРГТУ, 2006
© Литвин Н.В., 2006
Оглавление
Предисловие ……………………………………………………………… 4
Часть № 1
Расчет концентрационных профилей………………………………….5
Часть № 2
Расчет основных параметров легированного полупроводника…..21
Часть № 3
Расчет основных параметров и характеристик p-n-перехода……..32
Библиографический список……………..…………………………..……47
Предисловие
Курсовая работа по дисциплине «Твердотельная электроника» состоит из трех частей. В каждой части приводятся теоретические пояснения, последовательность выполнения работы, а также необходимые данные для проведения расчетов.
Первая часть курсовой работы посвящена расчету концентрационных профилей при легировании кремния различными примесями. Для каждого варианта предложен один из четырех рассмотренных видов диффузии примеси в твердое тело. Необходимо построить концентрационные профили для указанных примесей С/С0=f(x) при трех различных значениях времени легирования (t1, t2, t3) для глубины проникновения примеси x = 0 ÷ xК , а также определить, на какой глубине образца относительная концентрация примеси достигнет заданного значения и какое потребуется время для достижения заданной относительной концентрации на указанной глубине.
Во второй части курсовой работы производится расчет основных параметров легированного полупроводника: концентрации примеси, типа проводимости, подвижности носителей заряда, удельного сопротивления образца, положение уровня Ферми на энергетической диаграмме. В качестве рассматриваемого полупроводника задан образец кремния определенных размеров, содержащий донорную и акцепторную примеси указанной массы.
Третья часть посвящена расчету основных параметров и характеристик p-n-перехода: ширины обедненной области, барьерной емкости, максимальной напряженности электрического поля в p-n-переходе, напряжения пробоя. В рамках этой части курсовой работы проводится расчет и построение ВАХ идеального p-n-перехода при заданной температуре, а также ВАХ кремниевого и германиевого диода в условиях повышения температуры и с учетом объемного сопротивления базовой области. Выполняется расчет сопротивления постоянному току и дифференциального сопротивления по полученным зависимостям.
Пояснительная записка, оформленная на листах формата А4, должна содержать следующие материалы:
титульный лист;
задание на курсовую работу;
ведомость курсовой работы;
аннотацию (краткое содержание работы);
содержание;
основную часть (краткие теоретические сведения и результаты расчетов по каждой части курсовой работы);
заключение;
список литературы.
1. Расчет концентрационных профилей
Введение
Диффузия − это перенос вещества, массы. Формальное сходство между некоторыми процессами переноса (например, теплопроводностью и диффузией) выражается в совпадении уравнений, описывающих процесс.
Диффузией обычно называют процесс самопроизвольного выравнивания концентрации. Строго говоря, это не верно. Истинной причиной, вызывающей перемещение частиц (атомов, молекул, вакансий) при диффузии, является разница химических потенциалов в различных точках системы, а не концентраций. Однако, при описании процесса и анализе механизмов переноса удобнее ограничиться представлениями о градиенте концентрации как единственной движущей силой диффузионного переноса.
Значение диффузии определяется, по крайней мере, тремя обстоятельствами. Во-первых, диффузия является процессом элементарным в том смысле, что она осуществляется благодаря перемещениям отдельных частиц (атомов, ионов, молекул), т.е. на атомном уровне. Поэтому изучение диффузии является полезным и во многих отношениях уникальным инструментом для исследования структуры кристаллов, дефектов решетки и т.д.
Во-вторых, диффузия является одним из наиболее общих процессов в твердых телах. Диффузия происходит в чистых металлах и металлических сплавах, окислах и интерметаллидах, диэлектриках и полупроводниках, в широком диапазоне температур и внешних условий.
Наконец, в третьих (по счету, но не по значению), диффузия играет ведущую роль во многих процессах, определяющих структуру и свойства материалов. Среди них можно назвать легирование, кристаллизацию, фазовые превращения, процессы выделения из твердого раствора и коагуляции, спекание порошковых материалов, многие специфические процессы в полупроводниках (p-n-переходы) и т.д. Особенно следует выделить роль диффузии в пластической деформации при высоких температурах и разрушении металлов в связи с ростом требований к жаропрочности материалов.
Для успешного решения возрастающего числа нерешенных вопросов, связанных с подвижностью атомов, необходимо более широкое изучение процессов диффузии не только в обычных условиях, но также и в условиях, связанных с различными внешними воздействиями – облучение потоками заряженных частиц, наличие внешних электрических и магнитных полей и др. Полученная в процессе такого изучения новая информация окажет неоценимую помощь при разработке многих проблем физики твердого тела.