Расчет электрофизических характеристик структуры метал-диэлектрик-полупроводник

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

.

 

Таблица 2 - Зависимость ослабления сигнала по напряжению от тока

I, мА0,050,10,150,20,250,30,350,40,450,520lg(Uвых/Uвх)21,515,511,99,47,55,94,63,42,41,5

Рисунок 4 - График зависимости ослабления сигнала по напряжению от величины тока

 

)Находим величину барьерной емкости по формуле (11), а толщину обедненного слоя по формуле (12). Для начала найдем ?0 по формуле (5):

 

 

По формуле (13):

 

 

4)Энергетическая диаграмма р-n-перехода при наличии обратного напряжения:

 

Рисунок 5 - Энергетическая диаграмма р-n-перехода при наличии обратного напряжения

 

Задание №3

Исходные данные:

Величина максимального электрического поля в переходе ;

Разность температур ;

Концентрация носителей .

1)Определить во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения р-п-перехода, если температура увеличивается:

- от до для германиевого диода;

от до для кремниевого диода.

p-n-переход изготовлен из легированного германия с концентрацией акцепторной и донорной примесей соответственно Na и Nd.

)Определите толщину обедненного слоя, если при обратном смещении величина максимального электрического поля в переходе равна ?m.

3)Рассчитать и построить энергетическую диаграмму р-n-перехода в равновесном состоянии, а также при напряжении, соответствующем величине ?m.

 

Решение:

1)Используя формулу (9) составим отношение токов:

Для германиевого диода

 

 

Для кремниевого диода

 

 

Следовательно, обратный ток насыщения р-n-перехода увеличивается в 1,49 и 1,37 раза для германиевого и кремниевого диода соответственно.

2)Толщину обедненного слоя находим с помощью формулы (17):

 

 

3)Энергетическая диаграмма р-п - перехода в равновесном состоянии совпадает с энергетической диаграммой из задачи №1 (рисунок 1.а), при этом:

Для состояния равновесия величина искривления границ зон:

 

 

Рисунок 6 - Энергетическая диаграмма р-n-перехода в состоянии равновесия

Задание №4

p-n-переход формируется путем диффузии бора в кремний n-типа.

Исходные данные:

Удельное сопротивление ;

Концентрация бора на поверхности равна ;

Известно, что на глубине от поверхности концентрация бора уменьшается в е раз;

Площадь поперечного сечения р-n-перехода ;

Обратное смещение ;

Прямое напряжение ;

Величина максимального электрического поля переход .

Определить:

)Концентрацию основных и неосновных носителей заряда;

)Ширину р-n-перехода;

)Барьерную емкость р-n-перехода;

)Ток диода при прямом напряжении Uпр, В;

)Напряжение пробоя, предполагая, что он наступает при напряженности поля ?m, В/м;

 

Решение:

)Концентрация основных носителей заряда (в данном случае электронов) рассчитывается по формуле (4):

 

 

Концентрацию дырок находим по формуле (3):

 

 

)Так как по формуле (18):

 

 

Следовательно, ширину р-n-перехода находим по формуле:

 

 

)Барьерную емкость р-n-перехода находим по формуле (14):

 

 

)Ток диода при прямом напряжении находим по формуле (6), где ток насыщения найден в задании №1.

 

А

 

5)Напряжение пробоя находим по формуле (18):

 

 

4)Энергетическая диаграмма р-n-перехода при наличии обратного напряжения:

 

Рисунок 7-Энергетическая диаграмма р-n-перехода при наличии обратного напряжения

 

Задание №5

Контакт металл-полупроводник. Рассчитать и построить ВАХ контакта металл-полупроводник на основекремния с концентрацией примеси, равной N, при заданной температуре Т.

Исходные данные:

Температура ;

Концентрация примеси ;

Работа выхода электронов из металла(W) ;

Напряжение смещения .

При этом необходимо определить:

)Контактную разность потенциалов и высоту барьера Шоттки;

)Толщину обедненного слоя полупроводника Wв равновесном состоянии;

)Величину диффузионной и дрейфовой составляющей скорости электронов при протекании тока через контакт металл-полупроводник, на основе чего выбрать выражение для расчета ВАХ;

)Барьерную емкость контакта металл-полупроводник при обратном напряжении смещения Ucm;

)Оценить вероятность туннелирования электронов с энергиейЕ, сквозь барьер при заданном прямом напряжении смещения Uсм. Площадь контакта металл-полупроводник считать .

 

Решение:

)Контактная разность потенциалов найдена в задании №2: .Высоту барьера Шоттки находим по формуле (20):

)Толщину обедненного слоя полупроводника находим по формуле (23):

3)Дрейфовую составляющую скорости электронов найдем по формуле:, гдеЕ находится из следующего соотношения

 

 

Коэффициенты диффузии найдем по формулам:

 

 

Вольт-амперная характеристика может быть описана следующим выражением , где - диффузионная составляющая тока, а - дрейфовая составляющая.

4)Барьерную емкость контакта металл-полупроводник при обратном напряжении смещения находим по формуле (24):

 

 

5)Туннельный пробой возникает, когда напряженность электрического поля в обедненном слое возрастает настолько (), что появляетс