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