МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра микро- и наноэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Твердотельная электроника» Тема: Расчёт параметров активных элементов твердотельной электроники

Студентка гр. 1283 ____________________ Григорьева В.В. Преподаватель __________________________ Райская Е.К.

Санкт-Петербург 2024

Задание на курсовую работу аннотация

В данной курсовой работе, в качестве основного задания исследуются принцип действия и физические процессы германиевого выпрямительного диода, чьи характеристики зависят от параметров, рассчитанных в ходе проектирования данного элемента по некоторому набору изначально заданных данных. Также в данной курсовой работе приводятся основные сведения о приборе, принцип работы, примеры применения, рассчитанные ВАХ и выводы по применению выпрямительного диода с полученными характеристиками.

Summary

I In this course work, as a primary task, are investigated physics principle and the physical processes of semiconductor devices, in this course - a germanium rectifier diode, which characteristics depends on parameters calculated during the design of the element on a set of parameters initially given. This course work also provides basic information about the device, the principle of operation, application examples, calculated I–V characteristics and C–V characteristics and conclusions of the use of a rectifier diode with the obtained characteristics.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИБОРА 6

2. СТРУКТУРА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ 6

2.1. Формирование структуры выпрямительного диода 6

3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ 13

4. ДИАПАЗОН ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 14

5. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРА 15

6. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ПРИБОРА 16

6.1. Расчёт концентраций примесей в материале 16

6.2. Расчёт эффективных плотностей состояний и концентрации собственных носителей заряда 17

6.3. Расчёт контактной разности потенциала 18

6.5. Расчёт и построение обратной ветви вольт-амперной характеристики 19

6.6. Расчёт и построение прямой ветви вольт-амперной характеристики 23

6.7. Расчёт вольтфарадной характеристики выпрямительного диода 27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 30

Введение

Целью данной курсовой работы является исследование и расчет характеристик выпрямительного диода на основе предоставленных исходных данных, таких как максимальные обратное напряжение и прямой ток, тип структуры и другие параметры. Полученные данные используются для вычисления концентрации примесей, вольт-амперной характеристики, и геометрических размеров диода.

Помимо теоретических расчётов, в работе приводятся примеры практического применения выпрямительных диодов в различных схемах и устройствах. Описывается принцип работы диода, его основные характеристики и особенности конструкции. Также рассматриваются преимущества и недостатки использования выпрямительных диодов по сравнению с другими электронными компонентами.

В заключении работы подводятся итоги проведённого исследования, формулируются выводы. Таким образом, данная курсовая работа представляет собой комплексное исследование выпрямительного диода, включающее как теоретические расчёты, так и практические аспекты его использования.

1. Назначение прибора

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный и являются одним из наиболее распространённых типов полупроводниковых диодов. Для выпрямительных диодов характерно небольшое сопротивление в проводящем состоянии, позволяющее пропускать большие токи.

По значению выпрямленного тока выпрямительные диоды делятся на диоды малой (I < 0,3 А), средней (0,3 А < I < 10 А) и большой (I > 10 А) мощностей. Высокие значения тока обеспечиваются использованием p–n-переходов с большой площадью, поэтому выпрямительные диоды имеют повышенные значения диффузионной и барьерной ёмкостей и могут работать только на низких частотах.

На высоких частотах значительную часть тока составляет ёмкостной ток, и выпрямление отсутствует. При преобразовании переменного тока промышленной частоты рабочая частота выпрямительных диодов равна 50 Гц, а верхняя граница рабочих частот, как правило, не превышает 0,5…20 кГц.

Германиевые выпрямительные диоды могут быть использованы при температурах, не превышающих 80 С.