МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

Курсовая РАБОТА

по дисциплине «Твердотельная электроника»

Тема: Расчёт параметров активных элементов твердотельной электроники

Студентка гр. 9283		Зикратова А. А.
Преподаватель		Марасина Л. А.

Санкт-Петербург

2022

Аннотация

В данной работе исследуется стабилитрон: приведены его основные параметры и характеристики, приведены примеры его использования в электрических схемах, а также выполнен расчёт его параметров и вольт – амперной характеристики при различных температурах.

Summary

In this paper, a Zener’s diode is investigated: its main parameters and characteristics are given, examples of its use in electrical circuits are given, and its parameters and volt–ampere characteristics are calculated at various temperatures.

Содержание

Y

1. Назначение прибора (Введение) 4

2. Структура и принцип действия стабилитрона [1] 4

3. Основные параметры и характеристики стабилитрона [1] 5

4. Электрическая схема замещения [2] 6

5. Диапазон основных параметров реальных приборов (справочные данные) [3] 7

6. Примеры применения прибора в электрической схеме [1,4 ,5] 9

7. Расчёт параметров прибора 12

7. 1. Исходные данные к расчёту: 12

7.2. Удельное сопротивление исходного кремния для p-n⁺ перехода при T = 300 К 13

7. 3. Эффективные плотности состояний электронов в ЗП и ВЗ для расчёта собственной концентрации носителей заряда и контактной разности потенциалов: 13

7.4. Площадь p-n⁺ перехода и толщина базы диода при T = 300 К 14

7.5. Сравнение толщины базы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда 14

7.6. Обратная ветвь вольт – амперной характеристики при различных температурах 14

7.7. Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации 18

7.8. Температурный коэффициент напряжения стабилизации 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19

список использованных источников 20

1. Назначение прибора (Введение)

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, работающий в режиме электрического пробоя.

Основное назначение полупроводниковых стабилитронов – стабилизация напряжения. Стабилитроны широко используются в электронном оборудовании всех видов и являются одним из основных строительных блоков электронных схем. Они используются для создания маломощных стабилизированных цепей питания от более высокого напряжения и для обеспечения опорных напряжений для цепей, особенно стабилизированных источников питания.

2. Структура и принцип действия стабилитрона [1]

Полупроводниковый стабилитрон – это диод, предназначенный для работы в режиме пробоя на обратной ветви вольтамперной характеристики. При достижении на стабилитроне напряжения, называемого напряжением стабилизации U_ст, ток, проходящий через стабилитрон, резко возрастает и изменяется в широких пределах, а напряжение на стабилитроне остается почти постоянным. Эта особенность полупроводниковых стабилитронов широко используется для стабилизации напряжения. При подаче на стабилитрон прямого напряжения вольт-амперная характеристика его имеет тот же вид, что и у выпрямительного диода. В качестве основного материала для полупроводниковых стабилитронов используется кремний, обеспечивающий малую величину обратного тока (тока насыщения). В отличие от выпрямительных диодов в стабилитроне p- и n-области сильно легированы. Это приводит к тому, что p– n-переход имеет малую ширину, а напряженность электрического поля в нем высокая и при приложении даже небольшого обратного напряжения возникает электрический пробой. Механизм пробоя в полупроводниковых стабилитронах может быть туннельным, лавинным или смешанным. Считается, что в низковольтных стабилитронах (до 5 В) преобладает механизм туннельного пробоя, а в стабилитронах, работающих при напряжениях выше 8 В, пробой имеет лавинный характер.

Туннельный пробой возникает в случае, когда геометрическая ширина потенциального барьера (p–n-перехода) сравнима с дебройлевской длиной волны электрона и становятся возможны туннельные переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости.

Лавинный пробой возникает в сильном электрическом поле, действующем в области p–n-перехода, когда электрон на длине свободного пробега набирает энергию, равную или большую ширины запрещенной зоны, и ионизирует атом собственного полупроводника. В результате рождается пара электрон – дырка и процесс повторяется уже с участием новых носителей.