Министерство цифрового развития и массовых коммуникаций РФ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
Лабораторная работа №3
«Влияние концентрации примеси на параметры контакта двух полупроводников»
Выполнил:
Студент группы
Бригада № 3
Проверил:
Каравашкина В. Н.
Москва, 2025.
Цель работы
Целью работы является исследование зависимости основных характеристик идеализированного р-n перехода от концентрации примеси.
Исходные данные
Тип полупроводника – Арсенид галлия GaAs
Концентрация акцепторной примеси Na = 1018 см-3
Концентрация донорной примеси Nд = 1015 см-3
Площадь p-n перехода S = 10-6 см2
Ход работы
Рисунок 1 – схема p-n перехода
Собственное электрическое поле p-n перехода характеризуют контактной разностью потенциалов:
– термический
потенциал
– собственная
концентрация
Протяженность
приграничных областей с нескомпенсированными
ионами примесей называют толщиной p-n
перехода:
– диэлектрическая
проницаемость полупроводника
q – элементарный электрический заряд
Тепловой ток:
D – коэффициент диффузии
L – диффузионная длина
– концентрация
примеси в базе
Напряжение лавинного пробоя:
– ширина
запрещённой зоны
Напряжение туннельного пробоя:
Eкр – критическая напряженность поля, при которой возникает туннельный пробой
Барьерная ёмкость:
Материал |
GaAs |
|||||
S, см2 |
10-6 |
|||||
Na, см-3 |
1018 |
|||||
Nд, см-3 |
1015 |
2·1016 |
4·1016 |
6·1016 |
8·1016 |
1017 |
φк0, В |
1,22 |
1,29 |
1,31 |
1,33 |
1,334 |
1,34 |
w, мкм |
1,33 |
0,31 |
0,22 |
0,18 |
0,16 |
0,15 |
I0, А |
4,6·10-29 |
9,9·10-30 |
6,9·10-30 |
5,6·10-30 |
4,8·10-30 |
4,2·10-30 |
Uпроб.л, В |
1,5·102 |
1,6·101 |
9,7 |
7,1 |
5,8 |
4,9 |
Uпроб.т, В |
5,8·102 |
2,9·101 |
1,4·101 |
9,6 |
7,2 |
5,7 |
Сб0, Ф |
8,7·10-15 |
3,8·10-14 |
5,3·10-14 |
6,5·10-14 |
7,4·10-14 |
8,3·10-14 |
Таблица 1 – зависимость параметров контакта от концентрации примеси в базе (Асимметричный переход, Т = 300 К)
Вид пробоя – лавинный.
Симметричный переход, Т = 300 К
Материал |
GaAs |
|||||
S, см2 |
10-6 |
|||||
Na, см-3 |
1018 |
|||||
Nд = Na, см-3 |
1015 |
2·1016 |
4·1016 |
6·1016 |
8·1016 |
1017 |
φк0, В |
1,04 |
1,19 |
1,23 |
1,25 |
1,27 |
1,28 |
w, мкм |
1,73 |
0,41 |
0,29 |
0,25 |
0,21 |
0,19 |
I0, А |
8,6·10-28 |
1,8·10-28 |
1,2·10-28 |
1·10-28 |
8,7·10-29 |
7,7·10-29 |
Uпроб.л, В |
1,5·102 |
1,6·101 |
9,7 |
7,1 |
5,8 |
4,9 |
Uпроб.т, В |
5,8·102 |
2,9·101 |
1,4·101 |
9,6 |
7,2 |
5,7 |
Сб0, Ф |
9,4·10-15 |
3,9·10-14 |
5,5·10-14 |
6,6·10-14 |
7,6·10-14 |
8,5·10-14 |
Таблица 2 – зависимость параметров контакта от концентрации примеси в базе (Симметричный переход, Т = 300 К)
Вид пробоя – лавинный.
Материал |
Ge ΔwЗ = 0,66 эВ |
Si ΔwЗ = 1,12 эВ |
GaAs ΔwЗ = 1,424 эВ |
φк0, В |
0,37 |
0,76 |
1,22 |
w, мкм |
0,811 |
1 |
1,33 |
I0, А |
5,1·10-14 |
4,4·10-21 |
4,6·10-29 |
Uпроб.л, В |
4,8·101 |
1,1·102 |
1,5·102 |
Uпроб.т, В |
4,4·101 |
3·102 |
5,8·102 |
Сб0, Ф |
1,7·10-14 |
1,1·10-14 |
8,7·10-15 |
Таблица 3 – зависимость параметров контакта от ширины запрещённой зоны (Асимметричный переход, Т = 300 К)
В асимметричном переходе с увеличением концентрации примеси в базе тепловой ток уменьшается, напряжение пробоя уменьшается, барьерная ёмкость увеличивается.
Контактная разность потенциалов возрастает с увеличением примеси в базе как в симметричном, так и в асимметричном переходе
При изменении материала полупроводника, то есть при увеличении ширины запрещённой зоны, контактная разность потенциалов увеличивается, а тепловой ток уменьшается
Рисунок 2 – График зависимости контактной разности потенциалов от концентрации примеси в базе
Вывод: рассмотрели влияние концентрации примесей, вида p-n перехода (симметричного и асимметричного) и ширины запрещенной зоны (материала) на параметры контакта двух полупроводников.