Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Свойства полупроводников, расчет характеристик p-n-перехода. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБО УВПО «ЗабГУ»)

Кафедра Физики и техники связи

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

К защите______________________________________________

^{подпись
дата}

Защищено на оценку__________________________________

Члены комиссии:_____________________________________

^{подпись
дата}

_____________________________________

^{подпись} ^дата

_____________________________________

^{подпись
дата}

Чита 2012

Задание

На курсовой проект по дисциплине

«Физические основы электроники»

Студенту группы ТКб-10

Анганзорову Руслану Владимировичу

Тема курсового проекта: «Свойства полупроводников, расчет характеристик p-n-перехода»

Исходные данные:

∆E, эВ	0,8
∆E_d , эВ	0,035
∆E_a ,эВ	0,03
N_d , м^-1	5*10²⁰
N_a , м^-1	5*10²¹
m_n^*/m_o	0,9
m_p^*/m_o	0,4
ε, В/м	10
µ_n , см²/(В*с)	3500
µ_p , см²/(В*с)	1000
τ_n = τ_p, с	100*10^-6

Физические и математические постоянные:

Постоянная Планка
Элементарный заряд
Масса покоя электрона
Постоянная Больцмана
Число пи
Число е
Электрическая постоянная

Дата выдачи задания «____»________________________________2011

Дата представления работы руководителю «____»______________2011

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель курсовой работы

___________________________

ГРАФИК

Выполнения курсового проекта по дисциплине

«Физические основы электроники»

п/п	Объем выполняемых работ	недели
п/п	Объем выполняемых работ	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	Оформление задания	+
2			+
3			+	+
4					+	+	+	+
5						+	+	+	+
6
								+	+	+	+	+
											+	+	+	+	+
7	Оформление															+	+
8	Защита работы																	+	+

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБО УВПО ЗабГУ)

Кафедра Физики и техники связи (ФиТС)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Физические основы электроники»

На тему:

«Свойства полупроводников, расчет характеристик p-n-перехода»

Проектировал:

студент группы ТКб-10 Анганзоров Руслан Владимирович

Руководитель курсовой работы:

Дружинин Анатолий Прокопьевич.

Содержание

Введение………………………………………………………………………7

№1. Расчет температурной зависимости концентрации равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике…………..…………….…..…8

№2. Расчет температурной зависимости уровня Ферми в собственном полупроводнике…………………………………………………………………..…10

№3. Расчет температуры ионизации донорной примеси Тs и ионизации основного вещества Тi в полупроводнике n тока методом последовательных приближений………………………………………………………………………..11

№4. Расчет температуры ионизации Тs и Тi в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений…………………....13

№5. Расчет температурной зависимости положения уровня Ферми Ef(T) в донорном полупроводнике………………………………………………………...15

№6. Расчет критической концентрации вырождения донорной примеси……………………………………………………………………………..19

№7. Расчет равновесной концентрации основных и неосновных носителей тока в p-n и n – областях p-n перехода при температуре Т=300К.....19

№8. Нахождение высоты потенциального барьера равновесного p-n-перехода и контактную разность потенциалов…………………………………..21

№9. Нахлждение положения уровней Ферми в p-n-перехода и n-областях относительно потолка зоны проводимости и дна валентной зоны соответственно……………………………………………………………………..21

№10. Нахождение толщины p-n-перехода в равновесном состоянии (Т=300К)………………………………………………………………………….....22

№11. Определение толщины пространственного заряда в p-n-областях..22

№12. Построение графика 5 «Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии»…………………………………………………………..23

№13. Нахождение максимальной напряженности электрического поля в равновесном p-n-переходе. Построение графика 6 «Зависимость напряженности электростатического поля от расстояния в p-n-переходе»….............................. 23

№14. Нахождение падение потенциала в p-n-областях пространственного заряда p-n-перехода………………………………………… ……………………24

№15. Построение графика 6 «Зависимость потенциала в p-n-областях от расстояния»………………………………………………………………………...25

№16. Вычисление барьерной емкости p-n-перехода в расчете на S=1 см²…………………………………………………………………………………...26

№17. Вычисление коэффициента диффузии для электронов и дырок ( в см²/с) и диффузионную длину для электронов и дырок………………………. 27

№18. Вычисление электропроводности и удельного сопротивления собственного полупроводника, полупроводника n-и p-типа……………………28

№19. Определение величины плотности обратного тока p-n-перехода....29

№20. Построение обратной ветви ВАХ p-n-перехода, Т=300 К………....30

№21. Построение прямой ветви ВАХ p-n-перехода, Т=300 К…………...31

№22. Вычисление отношения jпр/jобри…………………………………. 32

Заключение……………………………………………………………….…34

Список литературы………………………………………………….......................................……....35

Введение:

Роль электроники в современной науке возрастает.

Развитие электроники приводит к появлению новых полупроводниковых приборов, интегральных схем, без которых невозможно существование таких отраслей, как телевидение, робототехника, различные системы связи, медицинская техника.

Теоретической основой электроники являются современные представления физики твердого тела и физики полупроводников, объясняющие

сложные процессы, происходящие в различных полупроводниковых структурах

и в контактах различных типов полупроводников.

Целью данной курсовой работы является определение свойств полупроводников и характеристик p-n перехода.

1. Расчет температурной зависимости концентрации равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике.

Исходные формулы:

а) Получение расчетной формулы:

;

Пример вычисления:

= 1,9277*10^-3 м^-3

= -6,2514

б) Результаты расчетов :

Таблица 1

Концентрация равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике

T,K	1/T,K ^-1	KT,эВ	n₀ , м ^-3	ln n₀
75	1,33*10^-2	6,46*10^-3	1,9277*10^-3	-6,2514
100	1*10^-2	8,62*10^-3	1,5564*10⁴	9,6527
120	8,33*10^-3	1,03*10^-2	4,6851*10⁷	17,662
150	6,67*10^-3	1,29*10^-2	1,4994*10¹¹	25,734
200	5*10^-3	1,72*10^-2	5,2864*10¹⁴	33,901
300	3,33*10^-3	2,59*10^-2	2,2240*10¹⁸	42,246
400	2,5*10^-3	3,45*10^-2	1,6385*10²⁰	46,546
500	2*10^-3	4,31*10^-2	2,3322*10²¹	49,201

в) График зависимости равновесной конфигурации носителей тока от температуры в координатах (ln n₀; 1/Т) :

График 1

Зависимость равновесной конфигурации носителей тока от температуры

г) Проверка правильности построения графика:

2. Расчет температурной зависимости уровня Ферми в собственном полупроводнике.

Расчётная формула:

Пример вычисления:

_{а)
Результаты расчетов:}

_{Таблица
2}

Зависимость E_f(T) в собственном полупроводнике

T,K	KT,эВ	E_f,эВ	E_f/E_fо*100%
0	0	0,4	100
100	0,008617375	0,394758933	98,68973314
200	0,01723475	0,389517865	97,37946628
300	0,025852126	0,384276798	96,06919942
400	0,034469501	0,37903573	94,75893256
500	0,043086876	0,373794663	93,4486657

б) График зависимости E_fот T в собственном полупроводнике:

График 2

Зависимость Ef(T) в собственном полупроводнике

3. Расчет температуры ионизации донорной примеси Тs и ионизации основного вещества Тi в полупроводнике n-типа методом последовательных приближений. В качестве начальных температур использовать значения Ti =400 К ,Ts=50 К.

Расчётные формулы:

Пример вычисления:

Результаты расчетов:

Таблица 3

Расчет температуры T_i для донорного полупроводника

N приб.	1	2	3	4	5	6	7
T_i, K	400	443	436,23	437,124	436,9993	437,016	437,014
N_c*10²⁵	3,2987	3,8387	3,75700	3,7684	3,7668	3,7670	3,7670
N_v*10²⁵	0,9773	1,1374	1,1131	1,1165	1,1160	1,1161	1,1161

Таблица 4

Расчет температуры T_s для донорного полупроводника

N приб.	1	2	3	4	5	6	7
Ts,K	50	46,841	47,376	47,282	47,298	47,295	47,296
Nc*10²³	14,578	13,219	13,446	13,406	13,413	13,412	13,412
Nv*10²³	4,3195	3,9166	3,9839	3,9720	3,9741	3,9738	3,9738

4. Расчет температуры ионизации Тs и Тi в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений.

Расчетные формулы:

Пример вычисления:

_{Результаты
расчетов:}

_{Таблица
5}

Расчет температуры T_i для акцепторного полупроводника

N приб.	1	2	3	4	5	6	7
T_i, K	400	567,023	532,948	538,697	537,693	537,867	537,837
N_c*10²⁵	3,2987	5,5674	5,07318	5,15550	5,1410	5,1435	5,1431
N_v*10²⁵	0,9773	1,6496	1,5031	1,5275	1,5232	1,5240	1,5239

Расчет температуры T_s для акцепторного полупроводника

N приб.	1	2	3	4	5	6	7
Ts,K	50	67,5722	62,1241	63,5546	63,1611	63,268	63,2388
Nv*10²³	4,3195	6,7863	5,9824	6,1901	6,1327	6,1483	6,14407

5. Расчет температурной зависимости положения уровня Ферми E_f(T) в донорном полупроводнике.

а) Для низкотемпературной области используем формулу:

Пример вычисления:

_{Результаты
расчетов:}

_{Таблица
5}

_{Зависимость
Ef(T) в донорном полупроводнике (область
низких температур)}

T,K	5	10	20	30	40	47,3
KT,эВ	4,31*10^-4	8,62*10^-4	1,72*10^-3	2,6*10^-3	3,5*10^-3	4,07*10^-3
Nc,м-3	4,6*10²²	1,3*10²³	3,7*10²³	6,8*10²³	1,1*10²⁴	1,34*10²⁴
Ef,эВ	-0,0186	-0,0201	-0,0237	-0,0277	-0,0318	-0,035

График 3

Зависимость Ef(T) для полупроводника n-типа в области низких температур

б) Для низкотемпературной области найдем положение максимума зависимости E_f(T), т.е. вычислить и

_{Пример
вычисления:}

в) Для области средних температур используем формулу:

Пример вычисления:

Результаты расчетов:

Таблица 6

Зависимость E_f(T) в донорном полупроводнике (область низких температур)

T,K	100	150	200	250	300	350	437,01
KT,эВ	0,009	0,013	0,018	0,022	0,026	0,03	0,038
N_c,м^-3	4,2*10²⁴	7,6*10²⁴	1,2*10²⁵	1,6*10²⁵	2,2*10²⁵	2,7*10²⁵	3,8*10²⁵
Ef,эВ	-0,0777	-0,1244	-0,1733	-0,2238	-0,2757	-0,3286	-0,422

г) В области высоких температур использовать формулу:

Пример вычисления:

Результаты расчетов:

Таблица 7

Зависимость E_f(T) в донорном полупроводнике(область высоких температур)

T,К	400	450	500	550
KT,эВ	0,0345	0,0388	0,0431	0,0474
Ef,эВ	-0,421	-0,4236	-0,4262	-0,4288

д) Построим график

График 4

Температурная зависимость E_f для донорной примеси

6. Расчет критической концентрации вырождения данной примеси.