Практика / Бронников,0182,ИДЗ7

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МиТ

отчет

по индивидуальному домашнему заданию №7

по дисциплине «Основы электроники и радиоматериалы» Вариант 2-10-8

Студенты гр. 0182		Бронников Д.Д.
Преподаватель		Фантиков В.С.

Санкт-Петербург

2022

Задание 7. Построить энергетическую диаграмму заданной пары металл-полупроводник. Рассчитать вольтамперную характеристику контакта в данном диапазоне температур.

1. Построить энергетическую диаграмму заданной пары металл-полупроводник.

Омический контакт, Фпп > Фме

Воспользуемся данными, взятыми из таблицы и из прошлых ИДЗ:

• Термодинамическая работа выхода для металла — 4.6эВ (Приложение 1);

• Термодинамическая работа выхода для собственного п/п - 4.8 эВ;

• Энергия Ферми металла E_FМе = работе выхода из металла Фме – 4.6 эВ.

• Энергия Ферми собственного полупроводника E_FПП (собств.) = работе выхода из собственного полупроводника Ф_ПП (собств.) – 4.80 эВ.

• Ширина запрещенной зоны для собственного полупроводника E_G – 0.67 эВ.

• Энергия активации Eg примесного (донорного) полупроводника (In) –0.011 эВ

• Уровень дна зоны проводимости Ec = Фпп (собств.) – 0,5*E_G=4.8-0.5*0.67=4.465 эВ

• Потолок валентной зоны (дно запрещенной зоны) Ev = Фпп (собств.) + 0,5*E_G=4.8+0.5*0.67= 5.135эВ

• Энергия Ферми примесного (донорного) полупроводника E_FПП (прим.) = E_C + 0,5*Eg=4.465+0.5*0.011=4.47 эВ

• Работа выхода из примесного (донорного) полупроводника Ф_ПП (прим.) = E_FПП (прим.) =4.47 эВ

• Энергия донорного уровня Ed = E_C + Eg=4.465+0.011=4.476 эВ

И построим энергетические диаграммы:

Рисунок 1. Построение энергетической диаграммы с вакуумным зазором

Рисунок 2. Построение энергетической диаграммы без вакуумного зазора и без смещения

Рисунок 3. Построение энергетической диаграммы без вакуумного зазора и с прямым смещением eUсм=E_Fме - E_{Fприм.п.п.}=0.2эВ

Рисунок 4. Построение энергетической диаграммы без вакуумного зазора и при обратном смещении eUсм=E_Fме - E_{Fприм.п.п.}=0.2эВ

2. Рассчитать вольтамперную характеристику контакта в данном диапазоне температур.

Контактная разность потенциала для собственного п/п:

Плотность тока насыщения меняется согласно следующему закону:

Плотность тока насыщения при обратном смещении:

Константа Ричардсона:

Рассчитаем значение контактной разности потенциалов:

φ_к = 4.8-4.6 =0.2 эВ

По представленным выше закономерностям построим вольт-амперную характеристику контакта металл-полупроводник при различных температурах:

Рисунок 5. Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при температуре 0.1*T_D

Рисунок 6. Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при температуре T_D

Рисунок 7. Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при температуре 300К

Рисунок 8. Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при температуре 10T_D

Рисунок 9. Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при температуре T_пл

Вывод: По ВАХ для примесного полупроводника видно, что его можно использовать как омический контакт, только в малых пределах изменения напряжения. С увеличением температуры ВАХ сдвигается вправо. ВАХ изменяется по экспоненте.

Приложение 1 Сайт с табличными значениями термодинамической работы выхода для металлов (Хрома):

https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/ElectricityAndMagnethism/ElectronExitEnergy/ElectronExitEnergySimple/