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

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Электроники"

ОТЧЕТ

по дисциплине "Материалы электронной техники"

на тему:

"Влияние температуры на параметры p-n-перехода"

Выполнили

Проверил

Кандидат технических наук, доцент ____________ В.Н. Каравашкина

Москва 2023

Цель работы

Изучение влияния температуры p-n-перехода на его параметры и характеристики.

Краткая теория

Полупроводниковые диоды являются одними из наиболее распространённых электронных элементов, так как обладают односторонней проводимостью.

идеализированная вольт-амперная характеристика (ВАХ):

{ }

Где – ток насыщения, – термический потенциал ( ).

Рис. 1 – Идеализированная (1) и реальная (2) ВАХ диода

Рис. 2 – ВАХ усложнённой компьютерной модели

На рис. 2 приведена ВАХ более сложной и точной модели. Диод также представляется зависимым источником тока, однако эта зависимость описывается не одним, а тремя уравнениями:

{ }

Где уравнение (1) описывает участок пробоя, уравнение (2) – уравнение Шокли, которое хорошо описывает среднюю часть ВАХ диода и уравнение (3) – линейную часть ВАХ при прямом напряжении.

Максимальное совпадение ВАХ модели с ВАХ реального диода или перехода достигается нахождением точных значений параметров модели.

В данной модели сильная и сложная зависимость тока насыщения I0 от температуры T учитывается соотношением:

,

Где – ток насыщения при комнатной температуру , Э – ширина запрещённой зоны.

Примерной границей, где экспоненциальная ВАХ переходит в линейную, является точка с координатами и , которые также являются параметрами модели.

Свойства диода при переменном токе учтены введением в эквивалентную схему полной ёмкости C:

где и – барьерная и диффузионная емкость диода соответственно. Эти ёмкости определяются обычными формулами:

где – барьерная емкость при нулевом напряжении, – контактная разность потенциалов, m – коэффициент, учитывающий степень влияния обратного напряжения на величину барьерной ёмкости, – среднее время жизни (пролёта) неосновных носителей в базе, I – прямой ток.

Таким образом, данная модель включает следующие параметры:

– saturation current – ток насыщения (тепловой ток) при ;

– reverse breakdown “knee” voltage – напряжение пробоя;

– series resistance – минимальное сопротивление открытого состояния (сопротивление базы);

– zero-bias junction capacitance (depletion capacitance) – барьерная ёмкость при нулевом напряжении;

– junction leakage resistance – сопротивление утечки;

Э – energy gap – ширина запрещённой зоны;

m – junction grading coefficient – показатель степени в выражении для барьерной ёмкости;

– junction potential – контактная разность потенциалов;

– transit time – среднее время жизни (время пролёта) неосновных носителей в области базы;

– Zener resistance – дифференциальное сопротивление на участке пробоя;

/ – примерные координаты точки на прямой ветви, где экспоненциальная зависимость переходит в линейную.

Не следует путать параметры модели с независимыми переменными I, V, T.

Расчёты

Все расчёты будут производится на диоде модели MR818 .

Графики ВАХ для 20 градусов по Цельсию:

Для 40 градусов по Цельсию:

Таким образом, с ростом напряжения растёт сила тока. Причём чем выше температура, тем ниже напряжение при тех же значения силы тока.

Таблица 1 – зависимость напряжения открытого состояния от температуры:

Температура, °С	-60	-40	-20	0	20	40	60
Напряжение, В	0.747	0.708	0.668	0.628	0.587	0.546	0.506

График зависимость напряжения открытого состояния от температуры:

Зависимость открытого состояния от температуры показывает, что при повышении температуры напряжение открытого состояния падает.

Обратная ветвь ВАХ диода:

I (A)

U (B)

Обратная вольт-амперная характеристика диода даёт следующий результат: с ростом силы тока растёт напряжение. Стоит отметить, диод модели MR818 является высоковольтным (напряжение пробоя достигает 100-1000В), поэтому графики практически не отличаются.

ВЫВОД

Из расчётов, проделанных на диоде модели MR818, можно сделать следующие выводы:

1) Обычный график ВАХ показывает рост напряжение при росте силы тока. Также замечено, что при росте температуры значения напряжение падает при тех же значения силы тока.

2) ВАХ диода при обратном напряжении показывает рост напряжения пробоя с ростом силы тока. Так как данный диод является высоковольтным, результаты при разных температурах будут практически одинаковыми.