Указания к составлению отчета

Исследование параметров p-n переходов

Цель работы

Исследовать влияние температуры и концентрации примесей на толщину и контактную разность p-n перехода.

Подготовка к работе

2.1 Изучить следующие вопросы курса:

2.1.1. Образование электронно-дырочного перехода.

2.1.2. P-n переход в состоянии термодинамического равновесия.

2.1.3. Характеристики и параметры электронно-дырочного перехода.

2.1.4. Влияние ширины запрещенной зоны, температуры и концентрации примесей на параметры р-n перехода

2.2. Ответить на следующие контрольные вопросы:

2.2.1 Объяснить процесс образование электронно-дырочного перехода.

2.2.2 Что такое контактная разность потенциалов? Как она образуется?

2.2.3 Чем определяется толщина p-n перехода?

2.2.4 Привести потенциальную диаграмму p-n перехода в состоянии равновесия.

2.2.5 Чем определяется потенциальный барьер в p-n переходе?

2.2.6 Как обеспечить прямое включение p-n перехода?

2.2.7 Как меняется толщина p-n перехода при прямом включении? Почему?

2.2.8 Как меняется потенциальный барьер в p-n переходе при прямом включении? Почему?

2.2.9 Привести потенциальную диаграмму p-n перехода при прямом включении внешнего источника.

2.2.10 Как обеспечить обратное включение p-n перехода?

2.2.11 Как меняется толщина p-n перехода при обратном включении? Почему?

2.2.12 Как меняется потенциальный барьер в p-n переходе при обратном включении? Почему?

2.2.13 Привести потенциальную диаграмму p-n перехода при обратном включении внешнего источника.

2.2.14 Как зависит d от концентрации примесей?

2.2.15 Как зависит d от температуры?

2.2.16 Что такое симметричный и несимметричный переходы?

2.2.17 От чего зависит d_p и d_n?

2.2.18

2.2.19 Что такое барьерная и диффузионная емкости диода? Дать

определение.

2.2.20 От чего зависит барьерная ёмкость p-n перехода?

2.2.21 От чего зависит диффузионная ёмкость p-n перехода?

2.2.22 Привести зависимость барьерной ёмкости от концентрации примесей.

2.2.23 Привести зависимость барьерной ёмкости от напряжения, приложенного к p-n переходу.

2.2.24 Привести зависимость диффузионной ёмкости от напряжения, приложенного к p-n переходу.

Литература

1. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие -СПб.: Питер, 2003.

2. Игнатов А.Н. и др. Основы электроники: Учебное пособие Новосибирск, 2005.

3. Игнатов А.Н. и др. Классическая и наноэлектроника: Учебное пособие –М: Флинта, 2009.

4. Бобровский Ю. Л. И др. Под редакцией Федорова Н.Д. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. -М: Радио и связь, 1998.

Задание к работе в лаборатории

Работа выполняется на ПК в Microsoft Office Excel 2007.

Файл «Исследование параметров p-n перехода».

Вариант задания задается преподавателем.

4.1Исследование влияния концентрации примесей (N_A∙N_Д) на контактную разность потенциалов p-n перехода U_К для Ge, Si и GaAs при заданной температуре в соответствии с вариантом (таблица1).

Таблица 1

№ вар

Т, К

материал

Si

Ge

GaAs

Si

Ge

GaAs

Si

Ge

GaAs

Si

Ge

GaAs

m

1,5

2,5

3,5

1,5

2,5

3,5

U_К рассчитывается по формуле :

(1)

где , В

Для получения завимостей U_К=f(N_A∙N_Д):

4.1.1 Открыть лист U_К=f(N_AN_Д).

4.1.2 Согласно заданному варианту выделить ячейки: буква (10-14), (например G10-G14) и скопировать их содержимое.

4.1.3 Выделить ячейки С17-С21 и вставить в них значения скопированных величин. Для этого в опции «вставить» выбрать «вставить значения».

4.1.4 Вычисленные значения U_К появляются в выделенном в массиве ячеек (F÷M)( 24÷27), графики зависимости U_К=f(N_AN_Д) приводятся ниже.

Скопировать в отчет полученные результаты.

4.1.5 Определить по вычисленным значениям в соответствии с вариантом задания или рассчитать по формуле (1), как нужно изменить концентрацию примеси, чтобы контактная разность потенциалов U_К для заданного полупроводникового материала изменилась в m раз.

4.2Определить зависимость контактной разности потенциалов от температуры U_К=f (Т) для двух значений заданной концентрации примесей N_A∙N_Д для Ge, Si и GaAs, для этого:

4.2.1 Открыть лист U_K=f(T).

4.2.2 В соответствии с вариантом задания выбрать два значения концентрации примеси, для которых надо построить зависимость величины контактной разности потенциалов от температуры.

4.2.3 Согласно заданному варианту выделить ячейку с первой заданной концентрацией примеси, например С10, скопировать концентрацию примесей (для всех полупроводников одинаковая). Вставить значения скопированной величины в выделенную ячейку В18.

4.2.4 Вычисленные значения U_К появятся в выделенном в массиве ячеек (C÷N)( 20÷23), графики зависимости U_К=f(N_AN_Д) приводятся ниже.

4.2.5 Результаты вычислений привести в отчете в виде таблиц .

4.2.6 Найти экспериментально такую концентрацию примеси для заданного полупроводника, при которой температура не влияет на контактную разность потенциалов.

4.3Определить зависимость толщины p-n перехода от концентрации примесей

d=f(N_AN_Д) для Ge, Si и GaAs притемпературе 300К, для этого:

4.3.1 Открыть лист U_К =f(N_A∙N_Д) и скопировать U_K в ячейках F25-M25, F26-M26, F27-M27.

4.3.2 Открыть лист d=f(N) и вставить значенияв ячейки D25-K25, D26-K26, D27-K27. В ячейках D29-K29, D30-K30 и D31-K31 появятся рассчитанные значения толщины перехода d для различной концентрации примеси и различных полупроводников.

Ниже в соответствии с таблицей появятся графики.

4.3.3 Рассчитать на сколько меняется d для заданного полупроводника при изменении концентрации в 10 раз для минимального и максимального значений концентраций примесей.

Результаты расчетов представить по форме таблицы 6.

Таблица 6.

	материал	Ge	Si	GaAs
Nmin	Δd
Nmax	Δd

4.3.4 Учитывая связь барьерной емкости p-n перехода с его толщиной

Оценить для заданного материала изменение барьерной емкости при изменении концентрации от Nmin до Nmax.

4.4 Определить зависимость толщины p-n перехода от приложенного обратного напряжения d=f(U) для Ge, Si и GaAs, для этого:

4.4.1 Открыть лист U_K=f(T) и скопировать U_K для заданного варианта в ячейках С21-N21, С22-N22, С23-N23.

4.4.2 Открыть лист d=f(U) и вставить значенияв ячейки D17-19, а в ячейки D20-21 вставить значения концентрации изячеек С11-N11 и C12-N12. В ячейках С24-N24, C29-N29 появятся значения толщины перехода d в мкм для различных полупроводников в зависимости от обратного напряжения.

Ниже в соответствии с таблицей приводятся графики.

4.4.3 Рассчитать, на сколько меняется d для заданного полупроводника при изменении напряжения от 0 до1 В и от 9 до 10 В.

Результаты расчетов записать в таблицу 5.

Таблица 5.

	Пп	Ge	Si	GaAs
0-1 В	Δd
9-10 в	Δd

Указания к составлению отчета

5.1 Привести таблицы и графики исследования U_К=f(N_AN_Д).

5.2 Привести результаты расчетов п. 1.5.

5.3 Привести таблицы и графики U_K=f(T).

5.4 Привести результаты расчетов п. 2.6.

5.5 Привести таблицы и графики d=f(N_AN_Д).

5.6 Привести результаты расчетов п. 2.6.

5.7 Привести таблицы и графики d=f(N_AN_Д)

5.8 Привести результаты расчетов п.п. 3.3 и 3.4.

5.9 Привести таблицы и графики d=f(U).

5.10 Привести результаты расчетов п. 4.3.

5.11 Сделать выводы по проделанной работе для разделов 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.