Тема: «МОДЕЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ»

Содержание

 

Часть №1

1. Исследование зависимости времени жизни от концентрации легирующей примеси

2. Исследование свойств диффузионной длины неосновных носителей

3. Исследование модели тока насыщения I_S идеального диода в модели Шокли

4. Исследование модели контактной разности потенциалов

5. Исследование модели толщины ОПЗ

Часть №2

1. Исследование влияния процессов генерации-рекомбинации в ОПЗ на вид ВАХ для PSPICE модели диода

2. Исследование влияния температуры и концентрации примесей в База на вид ВАХ для PSPICE модели идеального диода

3. Исследование влияние процессов высокого уровня инжекции на вид ВАХ для PSPICE модели диода

4. Исследование влияние процессов высокого уровня инжекции на вид ВАХ для PSPICE модели диода

Часть №3

1. Исследования влияние концентрации в базе и температуры на значение равновесной барьерной емкости C_j0 (при U=0

2. Исследование ВФХ барьерной емкости в зависимости от ее входных параметров

3. Исследование ВФХ диффузионной емкости в зависимости от ее входных параметров

4. Исследование ВФХ барьерной и диффузионной емкости на совмещенном графике

Лабораторная работа №3

Тема: «МОДЕЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ»

 

Цель работы: Изучить основные физические модели p-n переходов, находящихся в равновесном состоянии и при электрическом смещении, а так же модели ВАХ диодов, соответствующие различным процессам (генерация-рекомбинация в ОПЗ, высокий уровень инжекции, явление пробоя) в зависимости от учитываемых параметров в схемотехнической модели диода для программы PSPICE в режиме работы на постоянном токе (DC режим).

 

Исходные данные:

 

ü п/п – Ge

ü N_Э = 1× 10¹⁸ см^-3; N_Б = 2× 10¹⁵ см^-3.

ü L_Б = 10мин; L_Э = 2мин; W = 500мин; H = 200мин.

ü S_захв = 2× 10^-16 см^-2.

ü Переход p-n.

Часть №1

 

U_обр = -50В; Т = 300°К

 

Концентрационные зависимости подвижностей основных и неосновных носителей:

 

Эмиттер (Р)					База (n)
	N/5	N	5N			N/5	N	5N
Конц. см-3	2× 1017	1× 1018	5× 1018		Конц. см-3	4× 1014	2× 1015	1× 1016
mосн см2/В× с	700	380	160		mосн см2/В× с	4500	4100	3800
mнеосн см2/В× с	2700	2000	1200		mнеосн см2/В× с	2000	1900	1500

 

1. Исследование зависимости времени жизни от концентрации легирующей примеси

 

Для Ge модель времени жизни носителей описывается формулой Шокли-Рида-Холла:

 

 

где Е_t – локальный уровень

Е_i – уровень Ферми собственного п/п

N_t – концентрация ловушек

s - сечение захвата.

 

		Эмиттер					База
Т°, К	tнеосн, сек	N/5	N	5N			N/5	N	5N
		2× 1017	1× 1018	5× 1018			4× 1014	2× 1015	1× 1016
300		2, 5× 10-9	5× 10-10	1× 10-10			1, 37× 10-6	2, 55× 10-7	5, 02× 10-8
400		2, 52× 10-9	5, 01× 10-10	1× 10-10			2, 46× 10-6	3, 99× 10-7	5, 74× 10-8
500		2, 68× 10-9	5, 07× 10-10	1× 10-10			2, 5× 10-6	4, 98× 10-7	9, 11× 10-8
tнеосн, сек					tнеосн, сек

 

Т = 300°К; N_Э = 1× 10¹⁸ см^-3; N_Б = 2× 10¹⁵ см^-3.

 

		NЭ	NБ
Ge	tнеосн, сек	5× 10-10	2, 55× 10-7
Si		5× 10-10	2, 54× 10-7

 

При увеличение сечение захвата на 1% (при фиксированных N и Т=300°К) время жизни неосновных носителей в базе уменьшается на 1%.

Время жизни определяется количеством и типом рекомбинации ловушек. Оно max в собственном п/п. С увеличением Т затрудняется захват носителей на уровни, поэтому их время жизни растет.

В реальных п/п время жизни неравновесных носителей заряда может составлять 10^-2¸ 10^-10с.

 

Исследование модели контактной разности потенциалов

 

Модель контактной разности потенциалов описывается следующим выражением:

 

N_A и N_D – концентрация ионизированных атомов

n_i – собственная концентрация.

 

Т°, К		N/5	N	5N
300	φ К, В	0, 3186	0, 4020	0, 4854
350		0, 246	0, 343	0, 441
400		0, 172	0, 283	0, 394

 

	φ К, В
Ge	0, 402
Si	0, 812

 

При смене типа материала с Ge на Si контактная разность потенциалов увеличивается.

Контактная разность потенциалов напряжение, который возникает в условии термодинамическом равновесие и ведет к прекращению диффузионного тока. При увеличении температуры, контактная разность уменьшается.

 

Часть №2

Часть №3

 

1. Исследования влияние концентрации в базе и температуры на значение равновесной барьерной емкости C_{j 0} (при U =0)

 

а) Si

Т=300°К				N=2× 1015 см-3
N, см-3	W, мкМ	CJO, Ф		Т, °К	W, мкМ	CJO, Ф
4× 1014	1, 537	6, 74× 10-12		300	0, 726	1, 427× 10-11
2× 1015	0, 726	1, 427× 10-11		350	0, 696	1, 88× 10-11
1× 1016	0, 341	3, 04× 10-11		400	0, 629	1, 523× 10-11

 

б) Ge

Т=300°К				N=2× 1015 см-3
N, см-3	W, мкМ	CJO, Ф		Т, °К	W, мкМ	CJO, Ф
4× 1014	1, 076	1, 32× 10-11		300	0, 540	2, 62× 10-11
2× 1015	0, 540	2, 62× 10-11		350	0, 499	2, 84× 10-11
1× 1016	0, 266	5, 33× 10-11		400	0, 453	3, 13× 10-11

 

При изменении N_Б при постоянной температуре барьерная емкость при нулевом смещении (CJO) как для Ge, так и для Si увеличивается. Также барьерная емкость увеличивается и при увеличении температуры (при постоянной N_Б). Отличие заключается в том, что Si величина барьерной емкости меньше, чем для Ge.

 

Модель равновесной барьерной емкости:

 

S – площадь поперечного сечения p-n перехода.

 

Содержание

 

Часть №1

1. Исследование зависимости времени жизни от концентрации легирующей примеси

2. Исследование свойств диффузионной длины неосновных носителей

3. Исследование модели тока насыщения I_S идеального диода в модели Шокли

4. Исследование модели контактной разности потенциалов

5. Исследование модели толщины ОПЗ

Часть №2

1. Исследование влияния процессов генерации-рекомбинации в ОПЗ на вид ВАХ для PSPICE модели диода

2. Исследование влияния температуры и концентрации примесей в База на вид ВАХ для PSPICE модели идеального диода

3. Исследование влияние процессов высокого уровня инжекции на вид ВАХ для PSPICE модели диода

4. Исследование влияние процессов высокого уровня инжекции на вид ВАХ для PSPICE модели диода

Часть №3

1. Исследования влияние концентрации в базе и температуры на значение равновесной барьерной емкости C_j0 (при U=0

2. Исследование ВФХ барьерной емкости в зависимости от ее входных параметров

3. Исследование ВФХ диффузионной емкости в зависимости от ее входных параметров

4. Исследование ВФХ барьерной и диффузионной емкости на совмещенном графике

Лабораторная работа №3

Тема: «МОДЕЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ»

 

Цель работы: Изучить основные физические модели p-n переходов, находящихся в равновесном состоянии и при электрическом смещении, а так же модели ВАХ диодов, соответствующие различным процессам (генерация-рекомбинация в ОПЗ, высокий уровень инжекции, явление пробоя) в зависимости от учитываемых параметров в схемотехнической модели диода для программы PSPICE в режиме работы на постоянном токе (DC режим).

 

Исходные данные:

 

ü п/п – Ge

ü N_Э = 1× 10¹⁸ см^-3; N_Б = 2× 10¹⁵ см^-3.

ü L_Б = 10мин; L_Э = 2мин; W = 500мин; H = 200мин.

ü S_захв = 2× 10^-16 см^-2.

ü Переход p-n.

Часть №1

 

U_обр = -50В; Т = 300°К

 

Концентрационные зависимости подвижностей основных и неосновных носителей:

 

Эмиттер (Р)					База (n)
	N/5	N	5N			N/5	N	5N
Конц. см-3	2× 1017	1× 1018	5× 1018		Конц. см-3	4× 1014	2× 1015	1× 1016
mосн см2/В× с	700	380	160		mосн см2/В× с	4500	4100	3800
mнеосн см2/В× с	2700	2000	1200		mнеосн см2/В× с	2000	1900	1500

 

1. Исследование зависимости времени жизни от концентрации легирующей примеси

 

Для Ge модель времени жизни носителей описывается формулой Шокли-Рида-Холла:

 

 

где Е_t – локальный уровень

Е_i – уровень Ферми собственного п/п

N_t – концентрация ловушек

s - сечение захвата.

 

		Эмиттер					База
Т°, К	tнеосн, сек	N/5	N	5N			N/5	N	5N
		2× 1017	1× 1018	5× 1018			4× 1014	2× 1015	1× 1016
300		2, 5× 10-9	5× 10-10	1× 10-10			1, 37× 10-6	2, 55× 10-7	5, 02× 10-8
400		2, 52× 10-9	5, 01× 10-10	1× 10-10			2, 46× 10-6	3, 99× 10-7	5, 74× 10-8
500		2, 68× 10-9	5, 07× 10-10	1× 10-10			2, 5× 10-6	4, 98× 10-7	9, 11× 10-8
tнеосн, сек					tнеосн, сек

 

Т = 300°К; N_Э = 1× 10¹⁸ см^-3; N_Б = 2× 10¹⁵ см^-3.

 

		NЭ	NБ
Ge	tнеосн, сек	5× 10-10	2, 55× 10-7
Si		5× 10-10	2, 54× 10-7

 

При увеличение сечение захвата на 1% (при фиксированных N и Т=300°К) время жизни неосновных носителей в базе уменьшается на 1%.

Время жизни определяется количеством и типом рекомбинации ловушек. Оно max в собственном п/п. С увеличением Т затрудняется захват носителей на уровни, поэтому их время жизни растет.

В реальных п/п время жизни неравновесных носителей заряда может составлять 10^-2¸ 10^-10с.

 

12Следующая ⇒

Поделиться: