Расчет диффузионной емкости контакта двух полупроводников
Приложение к контакту двух полупроводников прямого напряже-ния будет определять инжекцию дырок в n-область, а электронов в p-область. В результате этого в приконтактной области будет форми-роваться объемный заряд подвижных носителей, который будет образовывать диффузионную емкость.
Так как величина этой емкости будет зависеть от приложенного напряжения, то можно записать:
,
(59)
где Cd – диффузионная емкость; Q – объемный заряд, образуемый из-быточными дырочными и электронными носителями; u – напряжение, приложенное к контакту двух полупроводников.
Величина объемного заряда определится:
,
(60)
где S
– площадь контакта двух полупроводников;
и
– избыточные концентрации электронов
в p-области
и дырок в n-области.
Избыточные концентрации определятся:
,
(61)
.
(62)
Подставляя значения избыточных концентраций в выражение объемного заряда в приконтактной области и интегрируя, получим:
,
(63)
где exp – величина экспоненты, exp=2,71.
Дифференцируя это выражение по напряжению u, получим выра-жение для диффузионной емкости:
(64)
Лабораторное задание
1. По варианту лабораторной работы №4 выбрать значения концен-траций акцепторной и донорной примеси.
2. Рассчитать значения равновесных концентраций электронных и дырочных носителей заряда в приконтактной области.
3. Рассчитать значения энергии Ферми для носителей зарядов в при-контактной области.
4. Рассчитать значение контактной разности потенциалов и высоту потенциального барьера в приконтактной области.
5. Рассчитать и построить графики значений концентраций неравно-весных носителей заряда от приложенного напряжения к контакту двух полупроводников.
6. Рассчитать и построить график изменения значения ширины обед-ненной области от приложенного напряжения к контакту двух полу-проводников.
7. Рассчитать и построить график значения барьерной емкости от приложенного напряжения.
8. Рассчитать значения диффузионной длины носителей заряда в приконтактной области.
9. Рассчитать и построить графики изменения значения эквивалент-ной диффузионной длины дырочных и электронных носителей от при-ложенного напряжения.
10. Рассчитать и построить график вольтамперной характеристики контакта двух полупроводников.
11. Рассчитать и построить графики распределения в контактной об-ласти избыточных носителей заряда для различных значений прило-женного прямого напряжения.
12. Рассчитать и построить график изменения диффузионной емкос-ти контакта двух полупроводников от приложенного прямого напря-жения.
Контрольные вопросы
1. Физические процессы в контакте двух полупроводников в равно-весном состоянии.
2. Прямое и обратное напряжения в контакте двух полупроводников.
3. Физические процессы в контакте двух полупроводников при при-ложении прямого и обратного напряжений.
4. Что такое равновесные и неравновесные носители заряда?
5. Что является областью контакта и какова ее протяженность?
6. Диффузионная длина и эквивалентная диффузионная длина носи-телей заряда.
7. Виды токов в контакте двух полупроводников и механизмы дви-жения носителей заряда, обусловливающих эти токи.
8. Физика барьерной емкости.
9. Физика диффузионной емкости.
10. Контактная разность потенциалов и физика ее образования.