Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры.

Явление изменения поверхностной проводимости под действием поперечного поля называется эффектом поля.

Измерять объемный поверхностный заряд полупроводника можно с помощью поля, перпендикулярного поверхности. Для создания такого поля в полупроводнике, как правило, используют МДП-структуры (рис. 5.1).

Если к идеальной МДП-структуре прикладывается положительное или отрицательное напряжение, то в приповерхностной области полупроводника могут возникнуть три состояния: обеднение, инверсия и обогащение этой области носителями заряда.

Обедненная основными носителями область появляется в случае, когда на металлический электрод подается потенциал, по знаку совпадающий с основными носителями заряда (рис. 5.2, а и б). Вызванный таким потенциалом изгиб зон приводит к увеличению расстояния от уровня Ферми до дна зоны проводимости в полупроводнике n-типа и до потолка валентной зоны в полупроводнике p-типа. Увеличения этого расстояния сопровождается обеднением приповерхностной области основными носителями.

Когда на металлический электрод подается достаточно большой потенциал по знаку совпадающий с основными носителями (рис. 5.2, в и г), то расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике n-типа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости (рис. 5.2, г), вследствие чего концентрация не основных носителей заряда (дырок) у поверхности полупроводника становится выше концентрации основных носителей и тип проводимости этой области меняется. Изменение типа проводимости полупроводника называется инверсией, а слои, в которых оно наблюдается, называются инверсионными слоями.

Если знак потенциала металлического электрода противоположен знаку заряда основных носителей тока в полупроводнике, то происходит притяжение основных носителей к поверхности и обогащение ими приповерхностного слоя (рис. 5.2, д и е).

С изменением концентрации основных носителей под действием внешнего поля в приповерхностном слое меняется и проводимость.

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

1.Вычислить вероятность заполнения электроном уровня вблизи дна зоны проводимости кремния при температуре 0 и 300 К. Считать, что при Т=300К E-EF= Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru . Для кремния ширина запрещенной зоны Eg=1,2 эВ

Решение:

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru , Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Ответ: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru =(1+e23.2)-1

3.Найти положение уровня Ферми в собственном полупроводнике относительнозапрещенной зоны при комнатной температуре (Т=300К), если эффективная масса электрона в 2 раза больше эффективной массы дырки

Решение:

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru , Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru , Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Ответ: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

5.Определить относительное положение уровня Ферми в кремниевом полупроводнике р-типа и концентрацию неосновных носителей заряда, если концентрация акцепторной примеси Na=1015 см-3, а температура окружающей среды Т=300 К.

Решение:

Положение уровня ферми для полупроводника р-типа ищим по формуле

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Концентрация акцепторной примеси равна концентрации дырок:

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Концентрация неосновных носителей: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

7.Определить контактную разность потенциалов в германиевом p-n-переходе притемпературе Т=300К, в котором NД=5∙103NA, причем на каждые 2∙108 атомов германия приходится один атом акцепторной примеси. (Плотность атомов N и ионизированных атомов ni принять равным 4,4×1022см-3 и 2,5×1013см-3 соответственно).

Решение: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Ответ: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

8.Найти контактную разность потенциалов при Т=300 К в германиевом p-n-переходе, вкотором удельное сопротивление p-области равно ρp=2,5 Ом×см, а удельное сопротивление n- области ρn=2 Ом×см.

Решение: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Ответ: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

9.Определить для германиевого p-n-перехода, при прямом напряжении U=0,15 B иТ=300 К сопротивление постоянному току R0 и дифференциальное сопротивление rдифф, если ток насыщения I0=50 мкА.

Решение:

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Ответ: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

10.Пусть в идеальном p-n-переходе обратный ток насыщения I0=10-14A при Т=300 К иI0=10-9A при Т=500 К. Определить напряжение на p-n переходе в обоих случаях, если прямой ток равен 1 мА.

Решение: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Прологарифмируем левые и правые части, получим:

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

1) При T=300 K

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

2) При Т=500 К

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Ответ: Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

11.Определить заряд и емкость ОПЗ кремния марки КДБ-12 при значениях поверхностного потенциала ψs, равных ψs = 0; ψs = 0,25 В; ψs = 0,5 В.

Решение:

Заряд в ОПЗ Qsc в общем случае записывается как

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru здесь Ld– длина экранирования Дебая,
функция F для невырожденного полупроводника p–типа:

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Емкость ОПЗ Csc также выражается через F(ψs, ψ0)

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Для частных случаев: обогащения ψs<0, обеднения ψ0s>0, слабой 2ψ0s0 и сильной ψs>2ψ0 инверсии можно получить упрощенные выражения. Объемное положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны вычислим по формулам,
Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru
учитывая что ψ0=0.29 эВ, тогда имеем

ψs Qsc, Кл/см2 Csc, Ф/см2
0, плоские зоны 8.0х10-8
ψ0, середина зоны 9.3х10-9 5.7х10-8
ψ0, пороговый потенциал 1.4х10-8 1.7х10-8

12.Определить заряд поверхностных состояний Qss и заряд ОПЗ при значениях поверхностного потенциала: ψs = 0; ψs = φ0; ψs = 2φ0 для кремния р-типа при Т=300К с уровнем легирования NА = 1·1018 см-3. Считать поверхностные состояния равномерно распределенными по зоне с плотностью Nss = 2·1012см-2·эВ-1.

Решение:

Qss= -qNsss - φ0)

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

13.Определить концентрацию электронов и дырок поверхности кремния удельным сопротивлением Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru при значениях поверхностного потенциала Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru =0,2 В, Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru = - 0,1 В, Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru = - 0,4 В, Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru = - 0,8 В.

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru Рассмотрите эффект поля. Охарактеризуйте МДП-структуры. - student2.ru

Наши рекомендации