Вольтамперная характеристика p-n-перехода
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
тока в постоянный. Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя n-p-переходами называются транзисторами.
В настоящее время полупроводниковые приборы находят исключительно широкое применение в радиоэлектронике. Современная технология позволяет производить полупроводниковые приборы - диоды, транзисторы, полупроводниковые фотоприемники и т. д. - размером в несколько нанометров. Качественно новым этапом электронной техники явилось развитие наноэлектроники, которая занимается разработкой интегральных микросхем и принципов их применения.
Задание на курсовую работу
1) Вывести зависимость I(U) для p-n-перехода (ВАХ).
2) Определить время жизни электронов и дырок по известной ВАХ германиевого диода снятой при 300К.
Известно, что
?n = А?p.
Площадь р-п-перехода S, концентрация примесей в п- и р-областях Nd и Na. Считать что примеси полностью истощены, а собственная проводимость еще очень мала.=1,6тАв10-19- заряд электрона, Кл=1,38тАв10-23- постоянная Больцмана, ДжтАвсi2 =5,6тАв1038 - концентрация носителей заряда, м-6
p =1,82- подвижность дырок, м2/ ВтАвс
n =0,38- подвижность электронов, м2/ ВтАвсd =8,0тАв1023 - концентрация донорных атомов примеси, м-3a=1,0тАв1024 - концентрация акцепторных атомов примеси, м-3
S=1 мм2
Рис. 1. - ВАХ кремниевого диода снятая при 300 К
3) Построить графики зависимости плотности тока насыщения от температуры.
4)Составить программу вычисления значений Jos для графика.
Вывод зависимости I(U) для p-n-перехода (ВАХ)
полупроводниковый переход вольтамперный ток
Зависимость тока j через p-n-переход от приложенного к нему напряжения U, выраженная графически, называется вольтамперной характеристикой.
При приложении к р-п-переходу прямого напряжения (при котором направление внешнего смещения U противоположно по направлению контактной разности потенциалов) высота потенциального барьера понижается на величину напряжения. Максимальное прямое напряжение определяется величиной контактной разности потенциалов. При поданном напряжении р-п-переход открывается и через него протекают прямые токи.
При приложении к р-п-переходу обратного напряжения высота потенциального барьера увеличивается, через р-п-переход протекает обратный ток (ток насыщения) обусловленный концентрацией неосновных носителей заряда.
Вычислим плотность тока электронов из р-области. Для этого выделим на Границе р-п - перехода единичную площадку S и построим на ней цилиндр с образующей, равной Ln, где Ln - диффузионная длина электронов в р-области. Так как диффузионная длина представляет собой среднее расстояние, на которое диффундирует носитель за время своей жизни, то электроны, появляющиеся в выделенном цилиндре в результате тепловой генерации, доходят до границы р-п - перехода, где они подхватываются контактным полем ?к и перебрасываются в n-область, становясь здесь основными носителями. Связанный с ними заряд в n-области практически мгновенно рассасывается и исчезает за счет ухода носителей во внешнюю цепь. Скорость тепловой генерации носителей заряда в условиях теплового равновесия равна скорости их рекомбинации, т.е. для электронов в р-области равна np0/?n.
В выделенном объеме Ln появляется, таким образом Lnnp0/?n электронов в секунду. Они доходят до единичной площадки и перебрасываются в n-область, образуя ток плотности:
Точно так же можно вычислить и ток дырок jps, построив цилиндр с единичным основанием и образующей, равной Lp, на противоположной границе р-п - перехода:
В равновесном состоянии поток, создающий ток jn-p, равен потоку, создающему ток jns. Поэтому
.
Аналогично для дырок
Приложим к р-п- переходу прямое смещение V. Под действием этого смещения высота потенциального барьера перехода для основных носителей уменьшается на величину qV. Поэтому поток электронов из п- в р-область (nn-p) и поток дырок из р- в п-область (pp-n) увеличится по сравнению с равновесным в exp(qV/kT) раз, что приведет к увеличению в exp(qV/kT) раз плотностей токов основных носителей jn-p и jp-n которые станут соответственно равны
В то же время плотности токов неосновных носителей jns и jps, величина которых не зависит от потенциального барьера р-n - перехода, остаются неизменными. Поэтому полный ток, текущий через р-n - переход, будет равен уже не нулю, а
.
Этот ток называют прямым, так как он соответствует внешней разности потенциалов V, приложенной в прямом направлении. Обозначим его jпр, тогда
При приложении к р-n - переходу обратного смещения V < 0 потенциальный барьер перехода для основных носителей увеличивается на величину - qV. Это вызывает изменение в ехр (qV/kT) раз потока основных носителей nn-p и pp-n и плотностей токов jn-p и jp-n отвечающих этим потокам. Последние будут равны
Плотность полного тока через р-n - переход равна:
Этот ток называют обратным. Обозначая его через jоб, можно записать
Объединяя, получаем
Это соотношение представляет собой уравнение ВАХ р-n - перехода, выражающее количественную связь между плотностью тока, текущего через переход, и разностью потенциалов, приложенной к переходу. При этом д