ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ЧитГУ)

Институт  Технологических и Транспортных Систем

Кафедра Физики и Техники Связи 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по физическим основам электроники

“Свойства полупроводников, расчет характеристик  p-n перехода” 
 
 

Вариант № 12 
 
 

Выполнил  студент группы ТКР-09

Эрдынеев Руслан Жамсоевич

Проверил: доцент к. ф. м. н. Дружинин Анатолий Прокопьевич 
 
 
 

Чита, 2010

Содержание

1.  Исходные данные……………………………………………………………………..…....3

2.   Расчет температурной зависимости концентрации равновесных носителей заряда в собственном п/п …..………………………………………………………………………..…....4

3.   Расчет температурной зависимости уровня Ферми в собственном п/п ….………...….7

4.   Расчет температуры ионизации дононой примеси Тs  и ионизации основного вещества Ti в п/п……………………………………………………………………….……….10

5.   Расчет температуры ионизации Тs и Ti  в акцепторном п/п…………………………...12

6.   Расчет температурной зависимости положения уровня Ферми в дон. п/п…….…......17

7.   Расчет критической концентрации вырождения донорной примеси………….……...18

8.   Расчет равновесной концентрации основных и неосновных носителей тока….…….20

9.   Нахождение высоты потенциального барьера равновесного р-n перехода…….….....21

10.   Нахождение положение уровней Ферми в р-n переходе…………………………….....22

11.   Нахождение толщины р-n перехода в равновесном состоянии………………………..23

12.   Определение толщины пространственного заряда в р и n областях…………………..24

13.   Построение  графика 5 «Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном           состоянии»……………………………………………………………………………………....25

14.   Нахождение максимальной напряженности электрического поля в     равновесном p-n-переходе………………………………………………………………….….26

15.   Нахождение падение потенциала в p-n-областях пространственного заряда p-n- перехода………………………………………………………………………………………....27

16.   Построение график 6 «Зависимость потенциала в p-n-областях от расстояния».........29

17.   Вычисление барьерной емкости p-n-перехода………………………………………….30

18.   Вычисление коэффициента диффузии для электронов и дырок……………………...31

19.   Вычислить электропроводность и удельное сопротивление собственного п/п…......32

20.   Определение величины плотности обратного тока p-n-перехода…………………….33

21.   Построение обратной ветви ВАХ p-n-перехода……………………………………......34

22.   Построить прямую ветвь ВАХ p-n-перехода...................................................................35

23.   Вычислить отношение jпр/jобр……………………………………………………….....34

24.   Список литературы……………………………………………………………………....36 
 
 
 

Исходные  данные:

Физические  и математические постоянные:

Предварительные вычисления:

1) 1 электрон-вольт = 1,60217*10^-19 джоуля

2) = 0.7*9.10938*10^-31 = 6.37657*10^-31 кг

3) = 0.3*9.10938*10^-31 = 2.73282*10^-31 кг

4) DE = 0,6*1,60217*10^-19 = 9,61302*10^-20 Дж

5) ∆E_d = 0,02 эВ = 0,02*1,60217*10^-19 Дж = 3,20434*10^-21  Дж

6) DE_a = 0,01 эВ = 0,01*1,60217*10^-19 Дж = 1,60217*10^-21  Дж

7)

8)

1. Рассчитал температурную зависимость концентрации равновесных носителей заряда в собственном  полупроводнике

Исходные  формулы:

а) Получение  расчётной формулы:

Пример:

при  T=200 K

б) Результаты расчетов представил в таблице 1

Таблица 1. Концентрация равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике                                                                                                        
 
 
 
 
 
 

в) Построил график зависимости равновесной конфигурации носителей тока от температуры в координатах                                       

График 1. Зависимость равновесной конфигурации носителей тока от температуры 
 
 

г) Проверил правильность построения графика, выполнив обратную задачу: используя значение tg (α), нашёл ширину запрещенной зоны полупроводника ∆Е, и сравнил с исходным значением ∆Е. Нашёл погрешность δ(∆Е).

δ(ΔЕ)=│ │*100%=│ │*100%=3.6 % 
 

2. Рассчитал температурную зависимость уровня Ферми в собственном полупроводнике

Расчётная формула:    

  ;

Пример:   При Т = 100 К

E_f =

а) результаты расчетов представил в таблице 2.

Таблица 2. Зависимость E_f(T) в собственном полупроводнике 

б) Построил график 2 «Зависимость E_f от T в собственном полупроводнике»

График 2. Зависимость E_f (T) в собственном полупроводнике

      3. Рассчитал температуры ионизации донорной примеси Т_s и ионизации основного вещества Т_i в полупроводнике n тока методом последовательных приближений. В качестве начальных температур использовать значения     T_i = 400 К, T_s = 50 К 

Расчётные формулы: 
 
 

а) расчёт температуры T_i для донорного полупроводника

Пример:

Таблица 3. Расчёт температуры T_i для донорного полупроводника

б) расчет температуры T_s для донорного полупроводника

Пример:

Таблица 4. Расчет температуры T_s для донорного полупроводника

      4. Рассчитать температуру  ионизации Т_s и Т_i в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений 

Расчётные формулы: 

а) Расчёт температуры T_i для акцепторного полупроводника 

Пример:

Таблица 5. Расчет температуры T_i для акцепторного полупроводника

б) Расчёт температуры T_s для акцепторного полупроводника 

Пример:

Таблица 6. Расчет температуры T_s для акцепторного полупроводника

      5. Рассчитать температурную  зависимость положения  уровня Ферми E_f(T) в донорном полупроводнике 

а) для  низкотемпературной области использую формулу:

Расчётная формула:

_{Пример:}

Таблица 7. Зависимость E_f(T) в донорном полупроводнике (область низких температур)

График 3. Зависимость E_f(T) для полупроводника n – типа в области низких температур 
 

б)  для низкотемпературной области нашел положение максимума зависимости E_f(T), т.е. вычислил и  

в) для области средних температур использовал формулу: 

Расчётная формула:

Пример:

Таблица 8. Зависимость E_f(T) в донорном полупроводнике (область средних температур)