1.Порядок расчета сплавного выпрямительного диода

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

1.Расчетная часть

Рисунок 1.1- Структурная схема кремниевого диода

К элементам схемной модели для малых переменных сигналов в p-n переходе относятся такие элементы как: диффузионная С_диф. и барьерная С_б емкости, радиус базы R_б.

1. Расчет радиуса базы R_б.

Rб= (1.1)

Где б-удельное сопротивление базы (б=0,28….3,2 Ом*см );

W-ширина базы (W=23 мкм);

S– площадь p-n –перехода;

1.1 Определим площадь p-n перехода:

S=а² 1.2)

S=3.14*(18*10^-4)²=1,018*10^-5

1.2 Вычислим удельное сопротивление базы ρ_б

(1.3)

σ_n-удельная проводимость

2.Расчет диффузионной емкости

Определение диффузионной емкости

(2.4)

где S– площадь p-n –перехода;

I_s – ток насыщения, A;

_p– время жизни.

T – температура;

k – постоянная Больцмана.

Для расчета диффузионной емкости предварительно определим:

2.1 Ток насыщения

(2.5)

где D_n , D_p - коеффициент диффузии

L_n , L_p - диффузионные длины

n_p , p_n - концентрации носителей

2.1.1 Вычислим D_n и D_p(коеффициенты диффузии):

(2.6)

где _Т –термодинамический потенциал, В;

2.1.2 Термодинамический потенциал вычисляется по формуле:

(2.7)

где Т– температура, К;

q – заряд электрона;

k – постоянная Больцмана.

При температуре 300 К получим величину φ_Т=0.026 В

2.1.3 Определение подвижностей носителя тока

μ_n=μ_nэ (2.8)

μ_р=μ_рэ (2.9)

Подставив в формулу (1.6), найденные величины из формул (1.7)-(1.9) найдем коеффициенты диффузии:

2.1.4 Определение диффузионных длин

(2.10)

(2.11)

где _n и τ_р– время жизни

Подставив из формулы (1.6) найденные значения получим:

L_n= (см)

L_p= (см)

2.1.5 Нахождение концентраций

Для нахождения концентраций воспользуемся законом действующих масс

, (2.12)

Определим концентрацию собственных носителей для Si, концентрация собственных носителей определяется по формуле:

, (2.13)

где см^-3

N_c – эффективная плотность состояний

∆W-ширина запрещенной зоны

при Т=300º К N_c=1.04*10¹⁹ см^-3

выразим из (2.12) концентрации носителей получим такие выражения:

, , (2.14)

р_і=n_i (для идеального p-n перехода )

n_i=1.4*10¹⁰ см^-3

p_i=1.4*10¹⁰ см^-3

Имея все необходимые данные для вычисления тока насыщения по формуле (2.5), получим:

Имея необходимые величины для вычисления диффузионной емкости по формуле (2.5) вычислим С_д

3. Определение барьерной емкости

(3.1)

где S – площадь p-n – перехода;

 – диэлектрическая проницаемость,  =16;

_o – диэлектрическая проницаемость вакуума, _o =8.86* 10^-9 ;

_к– контактная разность потенциалов;

U_обр– приложенное напряжение.

Согласно условию U_обр.=0.4U_проб.

Для p±n U_проб.=86ρ_б ^0.64 (3.2)

3.1 Вычислим удельное сопротивление базы ρб:

(3.3)

σ_n-удельная проводимость

ρ_б= Ом*см

3.2 Вычислим U_проб. и U_обр.:

Из формулы 3.2. вычислим U_проб.

Согласно условию вычислим U_обр

3.3 Вычислим _к (контактная разность потенциалов)

(3.4)

Имея все необходимые величины расчитаем С_б

Из формулы 3.1, получим:

2.Расчет величины подвижных свободных нз в канале моп транзистора и методы ее увеличения

В аналитических выражениях для ВАХ n-канальных транзисторов (4.36)...(4.40) фигурирует такая электрофизическая характеристика полупроводникового материала, как подвижность . В объеме кристалла кремния, где подвижность определяется рассеиванием в основном на решетке и ионизированных примесях, , эта величина приблизительно сохраняется в полевых канальных транзисторах, в которых проводящие слои (каналы), соединяющие исток со стоком, находятся в теле кристалла кремния. В МОП-транзисторах с индуцированным каналом (работающим в режиме обогащения) носители протекают вблизи от границ раздела с подвижностью , величина которой значительно меньше объемной (например, значение поверхностной подвижности электронов в кремнии, где носители ограничиваются тонким инверсионным слоем, лежит в пределах 300…700 ( ).

Изучение поверхностной подвижности в кремнии показало, что уменьшение ее значения связано с электрическим полем, направленным нормально к поверхности, величина которого, определяется электрическими зарядами, как в обедненной, так и в инверсионной областях полупроводника. При увеличении напряжения на затворе носители прижимаются ближе к границе раздела, рассеяние от поверхности возрастает и подвижность падает, что приводит к уменьшению выходного тока и скорости переключения транзистора. Достаточно серьезные уменьшения величин электрических параметров прибора заставили ученых провести различные экспериментальные исследования, позволяющие смоделировать выражения полезные для расчетов эффективной подвижности типа

, (4.41)

где b - коэффициент уменьшения поля.

Кроме того, были предложены теоретические механизмы рассеяния, объясняющие уменьшение подвижности носителей в канале: рассеяние на приграничных и объемных фононах, кулоновское рассеяние на заряженных центрах, расположенных вблизи или на поверхности, и рассеяние на неровностях поверхности.

Экспериментальная проверка физических механизмов показала, что в основном первый из них существенно и с достаточной для эксперимента точностью влияет на уменьшение величины подвижности в инверсионном слое.

Сравнение величины подвижности при квазидвумерной вероятности рассеяния, вызванного каждым процессом рассеяния на фононах, с величиной подвижности , обусловленной трехмерными процессами рассеяния, показало, что можно записать

, (4.42)

где - длина волны электрона;

- эффективная (усредненная) толщина инверсионного слоя.