Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра "Электроники"

Отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине “Электроника” на тему: “ИССЛЕДОВАНИЕ ИДЕАЛИЗИРОВАННОГО Р-N ПЕРЕХОДА”

Вариант №2

Оглавление

1. Постановка задачи 2

2. Результат выполненной работы 3

3. Вывод 8

1. Постановка задачи

Целью настоящей работы является определение основных характеристик идеализированного р-n перехода. Исходными данными являются параметры конструкции: тип полупроводника, концентрация примесей, площадь р-n перехода.

2. Результат выполненной работы

На рисунке 1 изображена схема p-n перехода с исходными параметрами. Заметно, что при таких исходных данных, сильнолегированная область (эмиттер) имеет более высокую концентрацию донорных примесей, поэтому эмиттер обозначается как n+.

Рисунок 1 – p-n переход при исходных данных

Чтобы увеличить величину напряжения лавинного пробоя, уменьшим концентрацию акцепторной примеси до , так как в формуле для расчета напряжения лавинного пробоя находится в обратной пропорциональности от примеси в базе.

На рисунке 2 показана конструкция p-n перехода с увеличенным напряжение лавинного пробоя.

Рисунок 2 – p-n переход с увеличенным напряжением пробоя

Чтобы уменьшить барьерную емкость, уменьшаем площадь p-n перехода до и концентрацию акцепторной примеси до (См. Рисунок 3), поскольку по формуле вычисления барьерной емкости она находится в прямой зависимости от площади и концентрации примеси в базе. В результате барьерная емкость уменьшилась до Ф.

Рисунок 3 – p-n переход с уменьшенной барьерной емкостью

Чтобы уменьшить тепловой ток, уменьшаем площадь p-n перехода до 1* и увеличиваем концентрацию примесей в базе до 5* (см. Рисунок 4). В результате тепловой ток уменьшился до 5,17* А.

Рисунок 4 – p-n переход с уменьшенным тепловым током

Таблица 1 – Результаты исследований

Характеристики p-n перехода	Исходный вариант	Вариант с увеличенным	Вариант с уменьшенной	Вариант с уменьшенным
Исходный вариант
Тип п/п	Si	Si	Si	Si
				5
				3
				1
Результаты при T = 300K
, В		7.42		8,25
, мкм		2.21	1.02
, А		8.18		5,17
, В	10	3.59
, В		1.49		5,97
, Ф		1.43		2,27

3. Вывод

В результате проделанной работы мы установили основные характеристики идеализированного р-n перехода по исходным данным.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Власов В.П. Каравашкина В.Н., Практикум № 1 по курсу Физические Основы Электроники. Москва, 2015

Контрольные вопросы:

1. Указать направление диффузии и дрейфа в асимметричном р-n переходе при U=0. Какие составляющие (электронная, дырочная) будут преобладать?

Характер тока определяется основными носителями заряда: в полупроводниках р-типа – дырками, а в полупроводниках n-типа – электронами.

Направленное движение носителей заряда под действием сил электрического поля называют дрейфом, а вызванный этим движением ток – дрейфовым током.

Направленное движение носителей заряда из слоя с более высокой их концентрацией в слой, где концентрация ниже, называют диффузией, а ток, вызванный этим явлением, – диффузионным током. Этот ток, как и дрейфовый, может быть электронным или дырочным, в зависимости от преобладающей примеси.

2. Почему диффузия носителей не приводит к выравниванию концентраций?

Собственное электрическое поле p-n перехода – тормозящее для диффундирующих основных носителей (образует потенциальный барьер). Это же поле вызывает встречный дрейф неосновных носителей, т.е. встречный

дрейфовый ток. Возникает устойчивое равновесие диффузионного и

дрейфового токов, в результате чего тока во внешней цепи нет. Выравнивания концентраций, как это было бы, например, при диффузии газов, не происходит.

3. Какие заряды количественно преобладают вблизи контакта р- и n- областей? Почему на границе областей концентрация подвижных носителей невелика?

Вблизи p преобладают акцепторные примеси, вблизи n – донорные.

Переход основных носителей в смежную область, где они становятся неосновными, приводит к рекомбинации и, поэтому, к уменьшению концентрации основных носителей. В результате в приграничных областях концентрация свободных электронов и дырок низкая, образуется обедненный слой. Следовательно, с обоих сторон преобладают ионы неосновных носителей.

4. Какой окажется контактная разность потенциалов φ k при подаче внешнего напряжения, равного φ k0?

При прямом включении источника + источника подсоединяется к p-области, - к n-области. Поле, создаваемое источником внешнего напряжения, направлено навстречу собственному полю p-n перехода и напряжение источника вычитается из контактной разности потенциалов. Следовательно, разность потенциалов будет равно 0.

5. Как на свойства р-n перехода влияет выбор типа полупроводника?

В первую очередь в зависимости от типа проводника меняется ширина запрещенной зоны. Например, для кремния она равна 1.11, для арсенида галлия 1,42, для германия - 0,67.

Также численно изменяются основные параметры полупроводника, такие как контактная разность потенциалов, толщина, тепловой ток, напряжения лавинного и туннельного пробоя и барьерная емкость. Также меняется подвижность носителей.

6. Как на свойства р-n перехода влияет концентрация примесей?

При увеличении концентрации акцепторной примеси увеличивается контактная разность потенциалов φ k0, Барьерная емкость, уменьшаются толщина, тепловой ток, напряжения лавинного и туннельного пробоя.

При увеличении донорной примеси увеличивается контактная разность потенциалов φ k0, уменьшается толщина и барьерная емкость.

7. Как на свойства р-n перехода влияет его площадь?

При увеличении площади уменьшается тепловой ток, при уменьшении, соответственно, тепловой ток увеличивается.

8. Каким должен быть р-n переход с большим напряжением лавинного пробоя? С малым напряжением туннельного пробоя?

Большое напряжение лавинного пробоя достигается меньшей концентрацией акцепторной примеси, малое напряжение туннельного пробоя достигается большей концентрацией акцепторной примеси.

МОСКВА 2022