.

Модели полупроводниковых диодов

Язык: русский
Тип документа: Word Doc
0 843
Скачать документ

Сибирский государственный университет информации и телекоммуникаций

Лабораторная работа

Тема:

Модели полупроводниковых диодов

Новосибирск 2008

Содержание

Часть №1

1. Исследование зависимости времени жизни от концентрации легирующей
примеси

2. Исследование свойств диффузионной длины неосновных носителей

3. Исследование модели тока насыщения IS 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 Cj0 (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:

п/п – Ge

NЭ = 1(1018 см-3; NБ = 2(1015 см-3.

LБ = 10мин; LЭ = 2мин; W = 500мин; H = 200мин.

Sзахв = 2(10-16 см-2.

Переход p-n.

Часть №1

Uобр = -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

(осн см2/В(с 700 380 160

(осн см2/В(с 4500 4100 3800

(неосн см2/В(с 2700 2000 1200

(неосн см2/В(с 2000 1900 1500

Исследование зависимости времени жизни от концентрации легирующей
примеси

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

где Еt – локальный уровень

Еi – уровень Ферми собственного п/п

Nt – концентрация ловушек

( – сечение захвата.

Т = 300(К; NЭ = 1(1018 см-3; NБ = 2(1015 см-3.

NЭ NБ

Ge (неосн, 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 свойств диффузионной длины неосновных носителей

Модель диффузионной длины неосновных носителей определяется выражением:

где D – коэффициент диффузии

( – время жизни носителей.

Эмиттер

База

Т(,К

N/5 N 5N

N/5 N 5N

2(1017 1(1018 5(1018

4(1014 2(1015 1(1016

300 Lнеосн, см 4,18(10-4 1,61(10-4 5,57(10-5

8,42(10-3 3,54(10-3 1,4(10-3

400

3,3(10-4 1,27(10-4 4,39(10-5

8,89(10-3 3,49(10-3 1,18(10-3

500

2,83(10-4 1,06(10-4 3,65(10-5

7,45(10-3 3,24(10-3 1,23(10-3

Если Lнеосн (Б) ( L(Б), то диод с короткой базой.

Если Lнеосн (Б) ( L(Б), то диод с длиной базой.

В нашем варианте рассматривается диод с короткой базой т.к.

Lнеосн (Б) = 3,54(10-5м, L(Б)=1(10-5м, Lнеосн (Б) ( L(Б)).

Lнеосн (Э), см

Ge 1,609(10-4

Si 5,913(10-5

При смене типа материала с Ge на Si диффузионная длинна неосновных
носителей в эмиттере уменьшается.

При увеличении сечения захвата на 1% (при фиксированных N и Т=300(К)
диффузионная длина неосновных носителей в базе уменьшается на 0,56%.

Чем меньше примесей и дефектов в полупроводнике, тем больше время жизни
носителей, и соответственно диффузионная длина этих носителей.

Исследование модели тока насыщения IS идеального диода в модели Шокли

Модель тока насыщения идеального диода описывается формулой Шокли:

где S – площадь поперечного сечения перехода

LP и Ln – диффузионная длина электронов и дырок

(P и (P – время жизни электронов и дырок

ND и NA – концентрация ионизированных атомов.

Т(,К

N/5 N 5N

Э,Б Э,Б Э,Б

300 IS (10-8 А 92,322 42,291 16,831

350

4451,08 2256,57 939,77

400

86050,17 41042,63 18968,06

Если сечение захвата увеличить на 1% (при фиксированных N и T=300(К), то
ток насыщения увеличится на 0,5%.

Если площадь поперечного сечения увеличить на 1% (при фиксированных N и
T=300(К), то ток насыщения увеличится на 1%

Таким образом, чувствительность тока насыщения к изменению к площади
поперечного сечения выше, чем к изменению сечение захвата.

П/п диода выполняет роль выпрямителя, пропуская ток лишь в одном
направлении (выпрямитель тем лучше, чем меньше Iобр). При комнатной
температуре ток Is составляет несколько мкА для Ge диодов и несколько нА
для Si диодов.

Исследование модели контактной разности потенциалов

Модель контактной разности потенциалов описывается следующим выражением:

NA и ND – концентрация ионизированных атомов

ni – собственная концентрация.

Т(,К

N/5 N 5N

300 ?К, В 0,3186 0,4020 0,4854

350

0,246 0,343 0,441

400

0,172 0,283 0,394

?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.

Исследование модели толщины ОПЗ

Модель толщины ОПЗ описывается выражением:

NA и ND – концентрация ионизированных атомов

?К – контактная разность потенциалов.

Т(,К

N/5 N 5N

300 W, мкМ 1,076 0,540 0,266

350

0,945 0,499 0,253

400

0,770 0,453 0,239

Зависимость положения границ ОПЗ

а) в зависимость от концентраций в Б и Э при Т=300(К

б) в зависимости от температуры при фиксированном N.

W, мкМ

Ge 0,540

Si 0,726

При смене типа материала с Ge на Si толщина ОПЗ увеличивается.

Зависимость толщины ОПЗ при Т=300(К от U при прямом и обратном смещениях
напряжения на диоде.

U, В N/5 N 5N

Прямое 0,1 0,892 0,468 0,237

0,15 0,783 0,428 0,221

0,2 0,656 0,383 0,204

0,25 0,499 0,332 0,185

0,3 0,260 0,272 0,164

Обратное -5 4,395 1,981 0,893

-10 6,122 2,749 1,234

-20 8,590 3,850 1,725

-30 10,493 4,699 2,104

-40 12,101 5,417 2,425

Толщина ОПЗ при увеличении температуры уменьшается незначительно.

Снижение высоты потенциального барьера при U(0 позволяет основным
носителям пересекать область перехода, при этом они становятся
неосновными носителями, создавая заметный ток (при (Uпр, W(). При U(0
эффекты диффузии более ощутимы, чем эффекты дрейфа (при (Uобр, W().

Часть №2

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

Модель ВАХ идеального диода:

Is – ток насыщения

?T – тепловой потенциал.

Модель идеального диода в логарифмическом масштабе:

Изменение концентрации примеси в базе влияет на ток насыщения (при
увеличении концентрации, ток насыщения уменьшается), при этом ВАХ
изменяется следующим образом:

&

U

i

° ’

AE

`„Agd”:a

?

?

T

`

th

W

?????

?????

?????

?????

1/2

1/2

?%?% ekd

1/2

Oe0.

.

o

????`„Agdayi

h?

?????

?????

?????

h?

?????

h

Похожие документы
Обсуждение
    Заказать реферат
    UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019