Лабораторная работа 2
.docx
Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики»
|
Кафедра "Электроники"
|
|
|
Отчет по лабораторной работе №2 по дисциплине “Электроника” на тему: “ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ” |
|
Вариант №2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Оглавление
1. Постановка задачи 2
2. Результат выполненной работы 3
3. Вывод 8
Постановка задачи
Целью настоящей работы является исследование металло-полупроводниковых переходов при использовании различных сочетаний металла и полупроводника. Исходными данными являются следующие параметры: тип металла, тип полупроводника, концентрация примесей, площадь р-n перехода, толщина полупроводникового слоя.
Результат выполненной работы
На рисунке 1 изображена схема металло-полупроводникового перехода с исходными параметрами.
Рисунок 1 – металло-полупроводниковый переход при исходных данных
Чтобы уменьшить величину сопротивления омического контакта, уменьшим величину толщины п/п слоя до 18 мкм, увеличим площадь перехода до и концентрацию примеси до , так как в формуле для расчета сопротивления омического контакта толщина находится в прямой пропорциональности, а площадь перехода и концентрация примесей в обратной пропорциональности.
На рисунке 2 показана конструкция металло-полупроводникового перехода с уменьшенным сопротивлением омического контакта.
Рисунок 2 – металло-полупроводниковый переход с уменьшенным сопротивлением омического контакта.
Чтобы увеличить толщину перехода (и, соответственно, увеличить напряжение пробоя), необходимо уменьшить концентрацию примесей до , так как, согласно формуле толщины перехода L, она находится в обратной зависимости от концентрации примесей в полупроводниковой области. Таким образом, удалось увеличить толщину перехода с 4.7 мкм до 4.7 мкм. На рисунке 3 показана конструкция перехода металл-полупроводник с увеличенной толщиной.
Рисунок 3 – металло-полупроводниковый переход с увеличенной толщиной
Чтобы уменьшить барьерную емкость, уменьшаем площадь поперечного сечения нейтрального слоя до и концентрацию примесей в полупроводниковой области до . В результате барьерная емкость уменьшилась до Ф.
Рисунок 4 – металло-полупроводниковый переход с уменьшенной барьерной емкостью.
Таблица 1 – Результаты исследований
Характеристики и параметры
|
Исходный вариант |
Вариант с уменьшенным сопротивлением (для омического контакта) |
Вариант с увеличенной толщиной перехода и напряжением пробоя (контакт Шотки) |
Вариант с уменьшенной барьерной ёмкостью (контакт Шотки) |
Исходные данные |
||||
Металл |
Al |
Al |
Al |
Al |
Полупроводник |
Si |
Si |
Si |
Si |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L, мкм |
20 |
18 |
20 |
20 |
Результаты при T = 300K |
||||
Тип контакта в m-n варианте |
Омический |
Омический |
Омический |
Омический |
Тип контакта в m-p варианте |
Шотки |
Шотки |
Шотки |
Шотки |
R, Ом |
2.78 |
1.39 |
2.78 |
5.56 |
, В |
|
|
|
|
, мкм |
|
1.48 |
4.7 |
1.48 |
, А |
|
|
|
|
, Ф |
|
|
|
|
Вывод
В результате проделанной работы мы изучили металло-полупроводниковый переход при использовании различных сочетаний металла и полупроводника.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Власов В.П. Каравашкина В.Н., Практикум № 1 по курсу Физические Основы Электроники. Москва, 2015
Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые
переходы при qмqп?
Будет преобладать диффузия электронов из металла в полупроводник. При этом в m-n переходе в приграничной области полупроводника образуется избыток свободных электронов, т.е. обогащенный слой. В таком виде в контакте подвижные носители имеются во всех его частях, и поэтому он обладает очень маленьким электрическим сопротивлением. При этом же соотношении qмqп в m-p переходе также преобладает диффузия электронов из металла в полупроводник.
m-n переход омический, а m-p переход выпрямляющий (Шотки) .
Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые переходы при qм qп ?
В m-n переходе образуется обедненный слой, а в m-p – обогащенный. Поэтому в этом случае m-n переход – выпрямляющий (Шотки), а m-p – омический.
Как на свойствах металло-полупроводниковых переходов отражается состояние поверхности полупроводника?
В реальном металло-полупроводниковом переходе обычно существует еще один слой зарядов – на поверхности полупроводника (поверхностный заряд). Он возникает из-за дефектов кристаллической решетки полупроводника в его поверхностном слое и из-за захвата поверхностью посторонних акцепторных и донорных примесей. Поверхностный заряд может сильно влиять на электрические характеристики перехода, вплоть до изменения самого характера контакта (омический или Шотки). Поэтому диоды Шотки получили распространение намного позже р-n диодов, когда была создана технология, обеспечивающая высококачественный контакт металла с предельно чистой и бездефектной поверхностью полупроводника. Только у таких переходов контактная разность потенциалов к0 близка к идеализированному значению.
От чего зависит сопротивление омического контакта?
Зависит от толщины и площади поперечного сечения и количества примесей.
Какой вид имеет ВАХ контакта Шотки? От чего зависит тепловой ток?
От чего зависит напряжение пробоя контакта Шотки? Как его можно
увеличить?
Напряжение пробоя зависит от толщины перехода и напряженности поля. Чем больше толщина, тем выше напряжение, необходимое для пробоя. E U/L
От чего зависит барьерная ёмкость контакта Шотки? Какова её роль?
Как её можно уменьшить?
Барьерная емкость Cб, определяет частотные и импульсные свойства контакта Шотки. В отсутствие внешнего напряжения, как и для р-n перехода:
Эпсилон – диэлектрическая проницаемость. Уменьшить емкость можно уменьшив концентрацию примесей и площадь поперечного сечения.
В чём и почему диоды Шотки превосходят р-n диоды? В чём им
уступают?
Процессы в контакте Шотки и в р-n переходе обнаруживают значительное сходство (наличие собственного электрического поля и обедненного слоя, вид идеализированной ВАХ и другое). Имеются, однако, существенные отличия, определяющие важные преимущества диодов Шотки:
– в открытом контакте Шотки не происходит образования диффузионного заряда неосновных носителей, как в р-n переходе. Поэтому у диодов Шотки нет диффузионной емкости, их частотные и импульсные свойства потенциально много лучше;
– в диодах Шотки можно получить значительно меньшие напряжения открытого состояния по сравнению с кремниевыми р-п диодами. Поэтому тепловые потери в диодах Шотки значительно меньше.
Однако, для диодов Шотки нужна идеальная поверхность контакта металла и полупроводника, не захватывающая чужие примеси и не создающая поверхностный заряд.
МОСКВА 2022