Тип и концентрацию примеси, а так же тип и концентрацию основных носителей заряда в базе

Задача №1

По заданному при комнатной температуре значению тока в идеальном несимметричном n⁺-p - переходе, площадью S=0,1 см².

Определить:

Материал (Si или Ge), из которого выполнен переход.

Материал легко определить по значению I₀, который является током неосновных носителей.

Поскольку у германия ширина запрещенной зоны меньше чем у кремния, т.е. у Ge электронам легче преодолеть запрещенную зону и стать свободными, то ,поэтому I_0Ge>>I_0Si. В GeI₀ измеряется в мкА(10^-6), а в Si в нА (10^-9).

Так как , то материалом, из которого выполнен переход, является Ge.

Тип и концентрацию неосновных носителей заряда в базе.

Используется – переход.

n⁺ - эмиттер;

p– база.

Неосновными носителями зарядов в базе являются электроны.Определим концентрацию неосновных носителей в области .

где S – площадь перехода,

– коэффициент диффузии не основных носителей заряда, соответственно дырок в n – области перехода и электронов в p – области,

и – концентрации не основных носителей заряда,

L_p,n – диффузионные длины не основных носителей заряда.

Диффузионная длина и коэффициент диффузии связаны соотношением:

где - время жизни дырок и электронов (в расчетах можно считать ). Согласно соотношению Эйнштейна:

где - подвижность дырок и электронов соответственно.

Так какконцентрация неосновных носителей (электронов) в базе значительно выше концентрации дырок в эмиттере, то пренебрегая левым слагаемым, получим:

Отсюда находим :

Нам известно:

,

,

.

Найдем ,

где – температурный потенциал, при комнатной температуре ,

- подвижность электронов

.

Найдем ,

где - время жизни электронов =1 мкс = 10^-6 с.

Полученные данные подставим и получим:

Тип и концентрацию примеси, а так же тип и концентрацию основных носителей заряда в базе.

Для диапазона температур, в котором находятся p – n – переходы, концентрация основных носителей практически равна концентрации атомов примеси, т.е. в «электронном» полупроводнике «n» - типа концентрация электронов n равна концентрации атомов донорной примеси N_дон, в «дырочном» полупроводнике «р» - типа концентрация дырок р равна концентрации атомов акцепторной примеси N_акц.

В нашем случае мы получаем, что тип примеси в базе -акцепторныйN_акц, а ее концентрация равна: p_p = N_акц.

Основным носителем заряда в базе являются дырки - p_p, а их концентрацию, мы выведем из закона термодинамического равновесия:

где n_i – концентрация собственных носителей в полупроводнике.

где ΔE₀ – ширина запрещенной зоны полупроводника ΔE₀ = 0,66эВ;

– эффективные плотности состояний в зоне проводимости и валентной зонеполупроводника соответственно. , ;

k – постоянная Больцмана k = 1,38·10^-23 Дж/К = 8,62·10 эВ/К;

Т – абсолютная температура Т = 300 К.

-концентрация собственных носителей

- концентрация примесейв базе.