Вольтамперная характеристика p-n-перехода
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ля прямого смещения V положительно, для обратного отрицательно.
При приложении внешней разности потенциалов в обратном направлении с увеличением V экспонента , а . Вследствие этого плотность обратного тока jоб стремится к предельному значению абсолютную величину которого
называют плотностью тока насыщения. Практически она достигается уже при qV = 4kT, т. е. при V = 0,1 В.
При приложении к р-n - переходу внешней разности потенциалов V в прямом направлении сила тока через переход растет по экспоненте и уже при незначительных напряжениях достигает большой величины.
Преобразуя получаем
Из уравнения видно что, при приложении прямого напряжения ток текущий через р-п-переход многократно больше чем при приложении обратного напряжения. Этим можно объяснить выпрямляющие свойства р-п-перехода.
Определение времени жизни электронов и дырок
Решение
По условию задачи время жизни электронов и дырок между собой следующим соотношением:
?n=А ?p
Следовательно, для нахождения времени жизни электронов необходимо сначала определить время жизни дырок.
Кроме того, по условию задания германиевый полупроводник содержит как донорную с Nd=5тАв1018 см-3 так и акцепторную с Na=5тАв1018 см-3 примеси, т.е. имеет место общий случай примесного полупроводника, нескомпенсированного типа. Поскольку при температуре 300К примеси будут полностью истощены, то проводимость в рассматриваемом полупроводнике будет определяться ионизированными примесными атомами. Известно что, при возрастании температуры растёт число носителей заряда. Но в нашем случае переход к собственной проводимости ещё не произошёл.
Время жизни носителей заряда в полупроводнике, в зависимости от исходных данных, можно найти по следующим соотношениям:
I0=Sqni2(Lp/Nd ?p+ Ln/Na ?n)
L=(D ?)0,5
где L-диффузионная длина носителей,
I0 -обратный ток насыщения.
Определим длину свободного пробега дырок и электронов при температуре равной 300 К.
n=(Dn ?n)0,5=(kT ?n n /e)0,5=(1,38тАв10-23тАв300тАв0,38 ?n/1,6тАв10-19)0,5=
=0,099159(?n)0,5
Lp=(Dp ?p)0,5=(kT ?p p /e)0,5=(1,38тАв10-23тАв300тАв1,82 ?p/1,6тАв10-19)0,5=
=0,68624(?p)0,5
По графику I0 = 50 нА.
Подставляем полученные соотношения Ln и Lp в формулу для плотности тока и решаем уравнение относительно ?р:
50тАв10-9=10-6тАв1,6тАв10-19тАв5,6тАв1038тАв(0,68624(?p)0,5/8,0тАв1024 ?p +0,099159(?n)0,5/
/1,0тАв1023 ?n
50тАв10-9=8,96тАв10-11(0,68624/8(?p)0,5+0,099159/0,1(?n)0,5)
?n=A ?p
тАв10-9=8,96тАв10-11(0,68624/8(?p)0,5+0,099159/0,1(1,5?p)0,5)
тАв10-9=8,96тАв10-11тАв0,747/(?p)0,5
?p=2,736тАв10-6 с.
?n=1,5 ?p=4,104тАв10-6 с.
Ответ: ?p=2,736тАв10-6 с.?n=4,104тАв10-6 с.
Расчёт зависимости плотности тока насыщения от температуры
Для расчёта зависимости плотности тока насыщения от температуры воспользуемся формулой для тока насыщения
I0=Sqni2(Lp/Nd ?p+ Ln/Na ?n)
J0=I0/S= qni2(Lp/Nd ?p+ Ln/Na ?n)
Так как L=(D ?)0,5, то получим формулу для расчёта и построения графика зависимости плотности тока насыщения от температуры:
0= qni2((kT ?p p /e)0,5/Nd ?p+ (kT ?n n /e)0,5/Na ?n)
Задавая определённый диапазон температур определим значения плотности тока насыщения и построим по полученным данным график зависимости.
Т, КJ0, А/м2 001000,0122000,0183000,0224000,0255000,0286000,0317000,0338000,0359000,03710000,039Заключение
В работе я вывела зависимость силы тока текущего через р-п-переход от напряжения приложенного к нему, т.е. вывела вольтамперную характеристику р-п-перехода. Определила время жизни электронов и дырок по известной ВАХ германиевого диода снятой при трёхстах кельвинах.
Построила график зависимости плотности тока насыщения от температуры, объяснила эту зависимость. Из графика видно что, увеличение температуры приводит к увеличению скорости тепловой генерации, концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике растет, а следовательно, растет обратный ток.
Литература
1. Епифанов, Мома. Физические основы конструирования и производства РЭА и ЭВА.
. Пасынков, Чиркин. Полупроводниковые приборы.
Приложение
Составление программы для вычисления значений плотности тока насыщения.
Необходимые константы и вычисленные данные:
- заряд электрона, Кл
- концентрация носителей заряда, м-6
-постоянная Больцмана, ДжтАвс
- время жизни дырок, с
- подвижность дырок, м2/ ВтАвс
- подвижность электронов, м2/ ВтАвс
- концентрация донорных атомов примеси, м-3