Свойства полупроводников, расчет характеристик p-n-перехода

Используем формулу:

_{Вычисляем:}

7.  Расчет равновесной концентрации основных и неосновных носителей тока в p-n и n – областях p-n перехода при температуре Т=300К.  
 

   Положим, что примесь полностью ионизирована, будем считать n_no и n_po равным концентрации соответствующей примеси. Концентрация неосновных носителей найдем из закона действующих масс в см^-3 и переведем в м^-3. 
 

Используем формулы: 

Переводим из см^-3 в м^-3:

 

Вычисления:

 

8. Нахождение высоты потенциального барьера равновесного

p-n-перехода и контактной разности потенциалов.  

 
 
 
 
 

9. Нахождение положений уровня Ферми в p-n-перехода и n-областях относительно потолка зоны проводимости и дна валентной зоны. 

а) Найдем E_fn

б) Найдем E_fp

в) определим высоту потенциального барьера p-n-перехода (проверка правильности п.8) 

 

10. Нахождение толщины p-n-перехода в равновесном состоянии. (Т=300К) 

_{Вычисление:}

 

11. Определение толщины пространственного заряда в p-n-областях. 

 
 
 
 
 
 

      

12.Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии. 

График 5

 

13. Нахождение максимальной напряженности электрического поля ε _max  в равновесном p-n-переходе. 

 

График 6

Зависимость напряженности электростатического  поля от расстояния в         p-n-переходе

 

14.   Нахождение падения потенциала в p-n-областях пространственного заряда p-n-перехода. 

_{Расчетные формулы:}

;                ;

  

Вычисления:

 

Сравним с полученным ранее значением  V_k:

 

15. По 5 значениям Хр через равные интервалы и вычислим 5 значений  . Зададим 5 значений Хn через равные интервалы и вычислить 5 значений .

               

_{Пример  вычислений:}

 

Таблица 8

Результаты расчетов:

 

График 7

 

16. Вычислим барьерную емкость p-n-перехода расчете на S=1 см² для трех случаев: 

а) равновесное  состояние p-n-перехода 

б) при обратном смещении, V=1 В

 

в) при прямом смещении, V=0,8 Vk 

Вывод: при прямом смещении барьерная ёмкость  увеличивается вследствие уменьшения d, а при обратном, наоборот - ёмкость уменьшается, а d растет.  

17. Вычисление коэффициента диффузии для электронов и дырок ( в см²/с) и диффузионной длины для электронов и дырок(в см) при Т=300 К 

Воспользуемся формулами:

 
 

Вычисления:

 
 
 

18. Вычисление электропроводности и удельного сопротивления собственного полупроводника, полупроводника n-и p-типа при Т=300 К. 

Используем формулы:

 

Вычисления:

 

Вывод: проводимостью неосновных носителей в легированных полупроводниках можно пренебречь по сравнению с проводимостью, обусловленной основными носителями; легированный полупроводник обладает в десятки раз большей электропроводностью.  

19. Определение величины плотности обратного тока p-n-перехода при Т=300 К в А/см² 

 

20. Построение обратной ветви ВАХ p-n-перехода, Т=300 К. 

 

Пример вычисления: 

 
 

Результаты  расчетов:

Таблица 9

 
 
 
 
 
 
 
 

График 8

Обратная ветвь ВАХ p-n-перехода при Т=300 К.

21. Построение прямой ветви ВАХ p-n-перехода, Т=300 К. 

 

Пример вычисления:

 
 

Результаты расчетов:

Таблица 10

 
 

График  9

Прямая  ветвь ВАХ p-n-перехода при Т=300 К.

 

22. Вычисление отношения j_пр/j_обр при и при

Формулы:

 
 

 

Вывод.

Коэффициент выпрямления зависит от подаваемого на переход напряжения: чем это напряжение больше, тем больше коэффициент выпрямления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение:

В результате курсовой работы  установленная цель была достигнута: научился определять свойства полупроводников, получил информацию о зонной теории твердого тела и научился применять полученные знания на практике.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы. 

1 .Основы микроэлектроники / И.И. Степаненко - М: Физматлит, 2001. 

2. Физические основы электронной техники / С.А.Фридрихов, С.М. Мовнин -1982. 

3. Физика полупроводников / К.В. Шадимова - М: Энергоиздат, 1985. 

     4. Лекции по ФОЭ / А.П. Дружинин.