Физика, 3 семестр. РТФ / ФОЭ / RGR / ФОМЭ РГР-ка

Министерство образования и науки Российской Федерации

Марийский Государственный Технический Университет

Кафедра КиПР

Расчетно-Графическая работа

по дисциплине

«Физические основы электроники»

на тему

«Физика p-n перехода»

Вариант 12

Выполнила: ст.гр.ТЛК-21

Соколов М.А.

Проверил: доц., к.т.н.

Игумнов В.Н.

Йошкар-Ола

2010

1. Определить ширину p-n перехода в кремнии при температуре 300 К, если концентрации примеси равны (N=0.1∙10²¹ м^-3). Напряжение на переходе U=0.1 В. Для расчета использовать модель резкого p-n перехода; примесь полностью ионизирована.

Решение: Ширина области объемного заряда:

Контактная разность потенциалов:

С учетом того, что концентрации примеси равны (N) расчетная формула примет вид:

, где n_i – число собственных носителей

(Для кремния при 300 К n_i=1.5∙10¹⁰ см^-3)

м

2. Определить силу тока, протекающего через переход площадью 2 мм². Диффузионная длина электронов и дырок 0,1 мм, время жизни электронов и дырок 0,2 мс.

Решение: Плотность тока вычисляется по формуле:

Сила тока:

Тогда с учетом L_n = L_p; τ_n = τ_p= τ и n_p0 = n_n0 = N расчетная формула примет вид:

А

2. Определить максимальную напряженность диффузионного поля p-n перехода, если концентрации примесей в p-n областях равны (N=0.2∙10²¹   м^-3; материал Si).

Решение: Максимальная напряженность электрического поля:

По условиям задачи:

Тогда расчетная формула примет вид:

kВ/см

2. Вычислить барьерную емкость перехода. Площадь перехода 1 мм², приложенное напряжение + 0,5 В.

Решение: Барьерная емкость перехода:

Учитывая, что d при U=0.5 В равно:

Подставив данные, получим:

пФ

2. Построить график силы тока, протекающего через переход от температуры при напряжении -7 В. Площадь перехода 0,5 мм², диффузионная длина электронов и дырок 0,1 мм. Время жизни носителей 0,2 мс. Интервал температуры 300…400 К.

Построение: Если L_n=L_p; τ_n= τ_p=τ ; и S=0.5мм²,то расчетная формула имеет вид:

Найдем p_n и n_p из условия:

Учитывая, что p_n = n_p,

Нужное нам выражение примет вид:

Подставим численные значения:

Построим график зависимости I(T) при U= -7 В:

Вывод: В данной расчетно-графической работе был изучен p-n переход в кристалле кремния: найдена ширина перехода, ток протекающий через переход, максимальная напряженность диффузионного поля, барьерная емкость перехода и построен график зависимости силы тока, протекающего через переход, от температуры.