Raschet_osnovnykh_parametrov_poluprovodnikov

9. Строим графики экспериментальной зависимости и аппроксимацию для T = 300 К (рис. 7).

Рис. 7. Экспериментальная и аппроксимационная зависимости подвижности дырок от концентрации акцепторов в GaP при темпера-

туре 300 К 21

Пример 4. Корректировка температурной зависимости подвижности дырок в Si для заданной концентрации акцепторной примеси

(Na1).

Пусть задана концентрация акцепторной примеси Na1 2 1017 см 3 , для которой нет экспериментальной зависимости p (T ). Имеется экспе-

риментальная зависимость (см. рис. 2) для образца Si с близкой концен-

4. ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ MathCAD

1. Использовать общепринятые размерности физических величин в

тексте и на графиках, например [см2 / (В с)] или [м2 / (В с)] . Не до-

пускается использование произвольных размерностей, которые автоматически присваивает программа MathCAD, например для подвижно-

сти с2 А кг 1, вместо общепринятой м2 / (В с) .

2.Построенные графики должны полностью соответствовать исходным экспериментальным зависимостям, т.е. иметь такие же шкалы

ичисленные значения, а также название, обозначение трасс и размерностей величин.

3.На аппроксимационные, экспериментальные зависимости и формулы должны быть литературные ссылки (номер из списка литературы в квадратных скобках).

4.Список литературы с использованием библиографических правил обязателен.

5.Все рассчитанные величины должны сравниваться с литературными или Internet-источниками. Допускается расхождение до 10 %.

6.Не переопределять без необходимости используемые величины.

7.Для величин, связанных с электронами, применять в нижнем индексе букву «n», а для дырок – букву «p».

8.Нижний индекс используем для обозначения величин, имеющих много значений, например, для задания диапазона изменения концен-

трации примесей Nd . Нижний индекс переменной величины ставится

мент матрицы. В случае локальной величины используем обозначение без нижнего индекса, например табличное значение плотности состояний в зоне проводимости при Т = 300 К обозначается как Nc.

9. Графики в программе MathCAD имеют равномерную шкалу и принятую по умолчанию систему единиц СИ, а именно – метр, Вольт, Ампер, секунда, килограмм, Джоуль и т. д.

23

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Температурные зависимости удельной электропроводности собственного и примесного полупроводников. Нарисовать в аррениусов-

ских координатах ln ( ) f (1/ T ) .

2.Нарисовать графики температурной зависимости удельной электропроводности ln ( i ) f (1 / T ) для собственного Si и Ge.

3.При каких условиях удельное электрическое сопротивление полупроводника достигает максимального значения при T = 300 К?

4.При каких условиях удельное сопротивление полупроводника будет возрастать при нагревании?

5.Физический смысл ширины запрещенной зоны. Как ее можно экспериментально определить?

6.Чем определяется собственная концентрация носителей заряда

вполупроводнике? В каком полупроводнике собственная концентра-

ция носителей заряда выше, если Eg (Ge) 0.66 эВ, Eg (Si) 1.12 эВ,

Eg (GaAs) 1.44 эВ?

7.К чему на зонной диаграмме Е(х) стремится уровень Ферми в полупроводнике n-типа с ростом температуры?

8.Определить условие, при котором уровень Ферми в собственном полупроводнике не зависит от температуры.

9.Как изменится положение уровня Ферми относительно границ разрешенных зон в примесном полупроводнике при увеличении концентрации примеси?

10.Как образуются в примесном полупроводнике основные носители заряда? Объяснить с использованием зонной энергетической диаграммы Е(х).

11.Как зависит концентрация основных носителей заряда в примесном полупроводнике p-типа от температуры? Нарисовать в аррениу-

совских координатах ln ( p) f (1/ T ) для двух концентраций акцепторной примеси, различающихся, например, в 10 раз.

12.Что такое подвижность носителей заряда, от каких физических параметров она зависит, в какие формулы входит?

13.Что такое коэффициент диффузии носителей заряда? Как он зависит от температуры, в каких единицах измеряется?

14.Какую часть электрического тока переносят дырки в собствен-

ном Si, если подвижность электронов равна 1350 см2В 1с 1, а дырок – 450 см2В 1с 1 ?

24

15.Как изменится удельное электрическое сопротивление полупроводника с концентрацией доноров Nd, если в него добавить равное количество акцепторной примеси Na?

16.Что такое основные и неосновные носители заряда? Как они образуются в примесном полупроводнике p-типа?

17.Определить условия, при которых распределение Ферми– Дирака переходит в распределение Максвелла–Больцмана?

18.Что такое собственная концентрация носителей заряда? Как образуются такие носители?

19.Причины образования диффузионного и дрейфового токов.

20.Как связаны рекомбинационные параметры – диффузионная длина и время жизни носителей заряда?

21.Как образуются носители заряда в полупроводниках p-типа, n-типа и собственном полупроводнике?

22.Нарисовать зонную энергетическую диаграмму E(x) для полупроводника p-типа. Указать расположение носителей заряда и уровня Ферми.

23.Нарисовать зонную энергетическую диаграмму E(x) для полупроводника n-типа. Указать расположение носителей заряда и уровня Ферми.

24.В каком примесном полупроводнике возможна ситуация, когда сопротивление образца p-типа больше сопротивления образца n-типа, если концентрация акцепторов Na превышает концентрацию доноров Nd в 20 раз. Воспользоваться справочной табл. 1.

25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.: Высшая школа, 1991.

2.Гуртов В.А. Физика твердого тела для инженеров: учеб. пособие / В.А. Гуртов, Р.Н. Осауленко; науч. ред. Л.А. Алешина. – М.: Техносфера, 2012.

3.Гуртов В.А. Твердотельная электроника: учеб. пособие. – М.: Техно-

сфера, 2007.

4.Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: учеб. пособие – СПБ.: Питер, 2004.

5.Епифанов Г.И. Физика твердого тела: учеб. пособие. – СПб.: Лань,

2011.

6.Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. – М.: Мир, 1989.

7.Старосельский В.И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники: учеб. пособие. – М.: Юрайт, 2011.

8.Физические величины. Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейликова. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

9.Баранский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Свойства материалов / Справочник. – Киев: Наукова думка, 1975.

10.http://www.matprop.ru/ или http://www.ioffe.ru/ (большая база данных по свойствам полупроводников на английском языке). Фрагмент базы данных на русском языке находится на сервере кафедры КТРС по адресу S:\Дорогой Сергей Викторович\База данных IOFFE\…\semicond\index.htm.

26

Приложение

Основные используемые обозначения

28

29

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Методические указания

Редактор Л.Н. Ветчакова

Выпускающий редактор И.П. Брованова Компьютерная верстка Л.А. Веселовская

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)

___________________________________________________________________________________

Подписано в печать 19.03.2015. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз. Уч.-изд. л. 1,86. Печ. л. 2,0. Изд. № 325/14. Заказ № Цена договорная

___________________________________________________________________________________

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета

630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

30