- •СОДЕРЖАНИЕ
- •1.1. Алгоритмы решения задач для нахождения контактной разности потенциалов, ширины и барьерной емкости p-n-перехода
- •1.4. Контрольные вопросы по разделу «Электронно-дырочный переход»
- •2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
- •2.4. Контрольные вопросы по разделу «Биполярные транзисторы»
- •3. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
- •3.3. Контрольные вопросы по разделу «Полевые транзисторы»
- •4. Контрольные вопросы для подготовки к экзамену
- •Приложение 1
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
СОДЕРЖАНИЕ.................................................................................................................................. |
1 |
|
1. |
ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД .............................................................................. |
2 |
(ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД) .............................................................................................. |
2 |
|
|
1.1. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ........................... |
2 |
|
ПОТЕНЦИАЛОВ, ШИРИНЫ И БАРЬЕРНОЙ ЕМКОСТИ P-N-ПЕРЕХОДА.................................................. |
2 |
|
1.3. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ...................................... |
5 |
|
ВЕЛИЧИНЫ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ТОКОВ ДИОДА......................................................................... |
5 |
|
1.4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ РАЗДЕЛА.......................................... |
6 |
|
«ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД» ............................................................................................ |
6 |
|
1.5 ВАРИАНТЫ ЗАДАЧ, АЛГОРИТМЫ, РЕШЕНИЯ КОТОРЫХ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В ДАННОМ РАЗДЕЛЕ.... |
7 |
2. |
БИПОЛЯРЫЙ ТРАНЗИСТОР..................................................................................................... |
8 |
|
2.1. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НАХОЖДЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ ТОКА.................. |
8 |
|
2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ ............................................... |
9 |
|
НА НИЗКОЙ ЧАСТОТЕ........................................................................................................................ |
9 |
|
И МАКСИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ ........................................................................................................ |
12 |
|
2.4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ РАЗДЕЛА........................................ |
15 |
|
«БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР»........................................................................................................ |
15 |
|
2.5 ВАРИАНТЫ ЗАДАЧ, АЛГОРИТМЫ, РЕШЕНИЯ КОТОРЫХ ПРЕДСТАВЛЕНЫ ВО ВТО-РОМ РАЗДЕЛЕ16 |
|
3. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ...................................................................................................... |
17 |
|
|
3.1. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ |
|
|
ДЛИННОКАНАЛЬНЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ ................................................................................. |
17 |
|
3.2. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ............. |
19 |
|
ПАРАМЕТРОВ КОРОТКО- И УЗКОКАНАЛЬНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ....................................................... |
19 |
|
3.3. ВОПРОСЫ КОНТРОЛЯ ТЕОРИИ ТРЕТЬЕГО РАЗДЕЛА............................................................. |
23 |
|
3.4 ВАРИАНТЫ ЗАДАЧ, АЛГОРИТМЫ, РЕШЕНИЯ КОТОРЫХ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В ТРЕТЬЕМ РАЗДЕЛЕ.. |
24 |
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ..................................... |
25 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ............................................................................................................................ |
28 |
1
1. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД (ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД)
Параметрам электронно-дырочного перехода (далее p-n перехода), а также аналитическим выражениям для их расчета необходимо уделить особое внимание, так как p-n-переход является составной частью многих полупроводниковых приборов: диодов, биполярных транзисторов, полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом, тиристоров и т.д. Поэтому обязательно требуется умение рассчитывать основные параметры p-n-перехода такие как: высота потенциального барьера qαk или контактная разность потенциалов αk ; ширина Хd; барьерная Сбар и диффузионная СD емкости, токи насыщения IS , инжекции Iин , генерации IG и рекомбинации IR как при малом, так и высоком уровнях инжекции.
Задачи этого раздела можно разделить на 3 группы: первая – определение контактной разности потенциалов, ширины и барьерной емкости p-n перехода; вторая – определение диффузионных емкостей как для диода (p-n перехода) как с тонкой, так и широкой базами; третья – расчет составляющих прямого и обратного тока диода.
1.1. Алгоритмы решения задач для нахождения контактной разности потенциалов, ширины и барьерной емкости p-n-перехода
При решении задач первой группы должны быть заданы следующие параметры диода: материал изготовления, приложенное напряжение U, температура Т, площади S, концентрации легирующих примесей в p- и n- областях Na и Nd , соответственно.
Параметры могут варьироваться в приведенных ниже пределах полупроводниковых материалов: германий, кремний, арсенид галлия. Приложенное
напряжение U: - (10…20 В), + |
(0,2…0,8 В). Температура Т: 200 К…400 |
К. Концентрация легирующих |
примесей |
Na, Nd : 1015cм-3…1018см-3. Исходные данные могут быть изменены. Могут быть заданы не концентрации легирующих примесей в p- и n- областях, а удельные
сопротивления ρn и (или |
ρp , |
или удельные проводимости σn |
и (или) σ p . |
|||||||||||||||||||||||
Нужно помнить, что ρ |
|
= |
1 |
|
= |
1 |
|
η |
|
(N |
|
)μ |
|
; |
D |
= |
kT |
; μn = |
|
|
|
μ0 |
|
|
|
|
n |
σn |
q |
no |
d |
n |
|
|
|
Nd |
|
1/ 2 |
|
||||||||||||||
μ |
q |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1017 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где μo – подвижность носителей в собственном полупроводнике при Т = 300 К.
Решение любых задач необходимо начинать с записи конечных аналитических выражений искомых величин.
2
1.3. Алгоритмы решения задач для нахождения составляющих величины прямого и обратного токов диода
|
|
Решение задач этой группы |
необходимо начинать с определения состав- |
|||||||||||||||||||||
ляющих |
прямого |
|
Iпр |
и |
обратного Iоб токов |
диода |
Iпр. = Iин + IR , где |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
qU |
|
|
|
|
|
|
|
qn |
i |
X |
d |
|
|
qU |
|
|
|
I |
|
= I |
exp |
|
|
|
−1 , |
I |
R |
= S |
|
|
exp |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
kT |
2τo |
|
2kT |
|
|
||||||||||||||||
|
ин |
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
U - напряжение, приложенное к p-n-переходу; X d |
– ширина ОПЗ при заданном |
|||||||||||||||||||||||
U ; |
τo |
= |
τn i |
|
|
+ τp |
– время жизни неосновных носителей в ОПЗ p-n-перехода. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iобр. = Is + IG + IуТ, |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где I s |
– обратный ток насыщения, |
расчетные формулы для которого приведе- |
||||||||||||||||||||||
ны в алгоритме решения задач 2-ой группы; IуТ. |
- ток утечки, который невоз- |
|||||||||||||||||||||||
можно вычислить аналитически; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
IG |
= S |
qniXd |
|
– ток генерации. |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
2τo |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для нахождения величин составляющих прямого и обратного токов диода необходимо задать или определить: полупроводниковый материал; концентрации легирующих примесей в эмиттере Ný и базе N Á ; времена жизни неоснов-
ных носителей в n-области τ p и р-области τn ; ширины эмиттера Wý и базы WÁ ;
приложенное к диоду напряжение U ; площадь S ; температуру Т.
Материал: германий, кремний, арсенид галлия. Концентрация легирующих примесей: 1015…1018см-3. Времена жизни неосновных носителей: 10-5…10-7С. Приложенное напряжение: + (0,1…0,9 В), - (1,0…10,0 В). Темпера-
тура: 200 К… 400 К. Ширина эмиттера, базы: 0,5…10 мкм.
5