Решение:

Определим сначала высоту потенциального барьера: Δφ₀=φ_т ln (N_A N_Д)/ /n_i²≈0,577 В.

При падении напряжения на переходе U_пер=0,577-(-10)=10,577 В.

Ширина области пространственного заряда при U=0 равна w₀=1,23*10^-4 см, ширина этой области при равна w=5,29*10^-4 см.

При заряд Q=Q_n – Q_p =SqN_A w/2=4,23-10^-10 Кл, при имеем Q₀=9,73*10^-14 Кл.

Обратный ток I_обр=dQ₁ /dt, Q₁=Q-Q₀ = =It, t=(Q-Q₀)I_обр≈320нс.

30. Кремниевый диод p⁺-n типа при Т=300 К имеет следующие параметры: w_p=100 мкм, D_n=20 см²/с, τ_n=0,2 мкм, S=10^-3 см². Найдите: а) избыточную концентрацию электронов в р-области как функцию расстояния от плоскости перехода, считая, что ток I=1,2 мА; б) величину дифференциального сопротивления и диффузионной емкости при указанном токе

31. Области р и n кремниевого диода с резким переходом имеют удельное сопротивление 0,013 и 44,5 Ом*см соответственно. Определите высоту потенциального барьера в равновесном состоянии и изобразите зонную диаграмму. Нарисуйте зонные диаграммы, соответствующие прямому и обратному смещению.

32. Имеются два диода, один из которых выполнен из германия, другой - из кремния. Вычислите: а) высоту потенциального барьера в обоих случаях в равновесном состоянии, считая, что концентрации легирующих примесей N_А =10¹⁷ см^-3 и N_Д =10¹⁴ см^-3 в них одинаковы; б) максимальную напряженность электрического поля и толщину области пространственного заряда в каждом диоде; в) высоту потенциального барьера и протяженность областей объёмного заряда в слоях р- и п- для каждого диода, полагая, что обратное смещение -10 В. Нарисуйте графики распределения пространственного заряда и напряженности электрического поля.

33. В кремниевом переходе N_А =10²⁴ м^{-3 и} N_Д =10²² м^-3. Вычислите при т=300К: а) высоту потенциального барьера; б) максимальное значение внешнего напряжения, при котором еще сохраняется низкий уровень инжекции.

34. Возможна ли ситуация, при которой высота потенциального барьера в p-n переходе превышает ширину запрещенной зоны материала базы.

35. Можно ли ожидать, что в диоде c p-n переходом на арсениде галлия с однородно легированными п- и р-областями и находящемся под напряжением U > О доминирует инжекция электронов (можно полагать, что τ_n= τ_p и μ_n>> μ_p)?

36. Нарисуйте зонную диаграмму для случая равномерно освещенного диода, к которому не приложено напряжение смещения.

37. Диоды, смещенные в обратном направлении, часто используют в качестве конденсаторов переменной емкости. Как уменьшится барьерная емкость диода с резким переходом при увеличении модуля напряжения смещения на 1 В, если известно, что при I=5 B С_Б = 20пФ.

38. Лавинный пробой кремниевого перехода происходит в случае, если напряженность электрического поля в нем достигает 250 кВ/см. Вычислите напряжение пробоя при следующих исходных данных: N_А =10¹⁹ см^-3, N_Д =10¹⁴ см^-3, w_p=10 мкм, w_n=90 мкм.

39. Найдите значения дифференциального сопротивления диода при токах 0,01; 0,05; 0,10; 1,0; 2,0; 5,0 и 10,0 мА, если Т = 300 К и I₀= 1 мкА. Основываясь на полученных результатах, сделайте вывод о возможности использования диода как элемента с управляемой проводимостью.

40. Имеется кремниевый диод с параметрами: N_А =2,25*10¹⁷ см^-3, N_Д =2,25*10¹⁴ см^-3, S=2*10^-3 см² , w_n=5*10^-3 см, τ_p = 50 мкс. К диоду приложено напряжение прямого смещения U=0,5 В. Вычислите: а) сопротивление постоянному току; б) дифференциальное сопротивление; в) диффузионную емкость, если D_p=13см²/с и G₁=I/0,026 мСм.

41. Имеется некоторый диод с известными значениями w_n и w_p, а также L_p и L_n. Как изменится диффузионная емкость, если уменьшится w=w_n + w_p? Можно ли повлиять на величину этой емкости, изменяя время жизни носителей заряда?

42. Вычислите емкость конденсатора, образованного кремниевым p-n переходом, если концентрация акцепторов, равная 10¹⁹ см^-3 , значительно меньше концентрации доноров. Площадь обкладок 120 мм², к конденсатору приложено обратное напряжение 1,5 В.

43. Поясните основные приближения, используемые при выводе уравнений полупроводникового диода, работающего в режиме низкого уровня инжекции.

44. Зависит ли сопротивление базы диода от уровня инжекции? Если зависит, укажите причины.

45. Назовите основные характеристики светоизлучающих диодов. В чем отличие светодиодов от полупроводниковых лазеров?