Методические рекомендации оформления курсовой работы
по дисциплине «Физические основы электроники»
«Свойства проводников, расчет характеристик перехода»
Исходные данные:
1. Варианты:
№ | |||||||||||
0,5 | 0,01 | 0,015 | 0,8 | 0,6 | |||||||
0,45 | 0,015 | 0,01 | 0,7 | 0,4 | |||||||
0,5 | 0,02 | 0,01 | 0,6 | 0,5 | |||||||
0,6 | 0,025 | 0,02 | 0,5 | 0,7 | |||||||
0,7 | 0,03 | 0,04 | 0,4 | 0,8 | |||||||
0,8 | 0,035 | 0,03 | 0,9 | 0,4 | |||||||
0,9 | 0,04 | 0,01 | 1,0 | 0,7 | |||||||
1,0 | 0,02 | 0,04 | 0,3 | 0,5 | |||||||
1,1 | 0,01 | 0,05 | 0,5 | 0,3 | |||||||
1,2 | 0,02 | 0,03 | 0,6 | 0,9 | |||||||
0,55 | 0,01 | 0,02 | 0,6 | 0,4 | |||||||
0,6 | 0,02 | 0,01 | 0,7 | 0,3 | |||||||
0,65 | 0,03 | 0,01 | 0,8 | 0,2 | |||||||
0,7 | 0,025 | 0,01 | 0,4 | 0,6 | |||||||
0,75 | 0,03 | 0,02 | 0,2 | 0,4 | |||||||
0,8 | 0,01 | 0,04 | 0,8 | 0,5 | |||||||
0,85 | 0,02 | 0,01 | 0,5 | 0,4 | |||||||
0,5 | 0,01 | 0,02 | 0,3 | 0,6 | |||||||
0,53 | 0,02 | 0,02 | 0,4 | 0,6 | |||||||
0,58 | 0,025 | 0,01 | 0,5 | 0,5 |
2. Физические и математические постоянные:
1) Постоянная Планка
2) Элементарный заряд
3) Масса покоя электрона
4) Постоянная Больцмана
5) Число Пи
6) Экспонента
7) Электрическая постоянная
Задания:
1. Рассчитать температурную зависимость концентрации равновесных носителей заряда в собственном проводнике.
а) Получить расчетную формулу с использованием численных данных вашего варианта;
Исходные формулы:
Получение расчетной формулы:
Подставив исходные данные, получаем формулу:
б) Результаты расчетов представить в таблице 1.
Таблица 1.
Концентрация равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике
в) Построить график 1 зависимости равновесной конфигурации носителей тока от температуры в координатах ;
г) Проверить правильность построения графика, выполнив обратную задачу: используя значение , найти ширину запрещенной зоны полупроводника , сравнить с исходным значением . Найти погрешность ;
= ln/ (1/Т)
2. Рассчитать температурную зависимость уровня Ферми в собственном полупроводнике.
За начало отсчета принять
Расчетная формула:
а) Результаты расчетов представить в таблице 2
Таблица 2
Зависимость в собственном полупроводнике
б) Построить график 2 «Зависимость в собственном полупроводнике»;
3. Рассчитать температуры ионизации донорной примеси и ионизации основного вещества в полупроводнике типа методом последовательных приближений. В качестве начальных температур использовать значения = 400 , = 50 .
Расчетные формулы:
-температура ионизации доноров
Для удобства расчетов формул для и представить в виде:
=А1* , =А2*
А2,А -числовые значения
Величины выразить в Джоулях; , ,N d в .
Результаты расчетов представить в виде таблиц 3,4
Таблица 3
Расчет температуры для донорного полупроводника.
Таблица 4
Расчет температуры для донорного полупроводника.
Расчеты провести с точностью до 0,1 К;
4. Рассчитать температуру ионизации и в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений. Расчеты аналогичны расчетам в п. 3, результаты представить в виде таблицы 5,6 (аналогичных табл. 4 и 5);
Расчетные формулы:
5. Рассчитать температурную зависимость положения уровня Ферми в донорном полупроводнике.
а) Для низкотемпературной области величину принять равным нулю: .
Результаты расчетов представить в виде таблицы 7.
Таблица 7.
Зависимость в донорном полупроводнике (область низких температур).
………. | |||||||
и в виде графика 3 «Зависимость для полупроводника типа в области низких температур».
б) Для низкотемпературной области найти положение максимума зависимости , т.е. вычислить и . Точку максимума указать на графике 3.
,
в) Для области средних температур ( ), результаты расчетов представить в виде таблицы 8.
Таблица 8
Зависимость ЕF(Т) в донорном полупроводнике (область средних температур).
………. | ||||||||
г) В области высоких температур рассчитать 4 значения см. табл. 9.
Таблица 9
Зависимость ЕF(Т) в донорном полупроводнике (область высоких температур).
д) построить график 4 «Температурная зависимость ЕF для донорной примеси по полученным точкам»;
6. Рассчитать критическую концентрацию вырождения донорной примеси;
,где А вычисляется по формуле
7. Рассчитать равновесную концентрацию основных и неосновных носителей тока в и областях перехода при температуре 300 . Полагая, что примесь полностью ионизирована, считать и равным концентрации соответствующей примеси.
Концентрацию неосновных носителей найти из закона действующих масс в и перевести в
Расчетные формулы
8. Найти высоту потенциального барьера равновесного перехода и контактную разность потенциалов при 300 ;
Расчетная формула:
9. Найти положение уровней Ферми в и областях относительно потолка зоны проводимости и дна валентной зоны соответственно ( 300 ).
Расчетные формулы:
10. Найти толщину перехода в равновесном состоянии ( 300 );
Расчетная формула:
11. Определить толщину пространственного заряда в и областях;
12. Построить в масштабе график 5 «Энергетическая диаграмма перехода в равновесном состоянии »;
13. Найти максимальную напряженность электростатического поля в равновесном переходе. Построить график 6 «Зависимость напряженности электростатического поля от расстояния в p-n-переходе»;
(график «Зависимость напряженности электростатического поля от расстояния в p-n переходе» см. рисунок в)
14. Найти падение потенциала в и областях пространственного заряда перехода. Проверить справедливость равенства ;
15. Построить график 6 «Зависимость потенциала в и областях от расстояния». Задать 5 значений через равные интервалы и вычислить 5 значений . Задать 5 значений через равные интервалы и вычислить 5 значений . Результаты вычислений привести в таблице 10.
(см. рисунок б)
Таблица 10
Зависимости в области p-n перехода.
, | |||||
, | |||||
Используя значение из таблицы 9 и и из n.14 построить график 6;
16. Вычислить барьерную емкость перехода расчете на для трех случаев:
а) равновесное состояние перехода;
б) при обратном смещении ;
в) при прямом смещении .
Сравнить полученные значения, сформулировать вывод;
17. Вычислить коэффициенты диффузии для электронов и дырок (в ) и диффузионную длину для электронов и дырок (в ) при ;
18. Вычислить электропроводность и удельное сопротивление собственного полупроводника, полупроводников и типа при ;
19. Определить величину плотности обратного тока перехода при в ;
20. Построить обратную ветвь ВАХ перехода, . Результаты расчетов привести в таблице 10. По данным таблицы 10 построить график 7 «Обратная ветвь ВАХ перехода»;
Таблица 10
Обратная ветвь ВАХ перехода, .
21. Построить прямую ветвь ВАХ перехода, .Результаты расчетов привести в таблице 11.
Таблица 11
Прямая ветвь ВАХ p-n-перехода, Т =300К.
По данным таблицы 11 построить график 8 «Прямая ветвь ВАХ перехода»;
22. Вычислить отношение и при . Сформулировать вывод.