Методические указания по выполнению курсовой рабоТы по дисциплине «физические основы микроэлектроники»

Настоящая курсовая работа посвящена закреплению знаний студентов по образованию и основным характеристикам электронно-дырочного перехода. Для этого студенту необходимо изучить основы зонной теории твердого тела, механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников, контактные явления в полупроводниках. Нужно обратить внимание на то, что проводящее состояние в полупроводниках в отличие от металлов является возбужденным. Проводимость полупроводников определяется характером и концентрацией введенных примесей и очень сильно (экспоненциально) увеличивается с ростом температуры окружающей среды. Необходимо обратить особое внимание на электрическую нейтральность изолированного электронного и дырочного полупроводника. Следует внимательно рассмотреть изменение концентрации основных и неосновных носителей заряда при увеличении температуры. Только после усвоения перечисленных вопросов можно переходить к изучению контактных явлений в полупроводниках и металлах. Нужно обратить внимание на характеристики контактов: запирающие, антизапирающие, для каких целей можно использовать тот или иной контакт. Знакомство с электронно-дырочным переходом следует начать с технологии. Обратите внимание на различия между резкими и плавными, симметричными и несимметричными переходами, где используется тот или иной переход. Изучите образование электронно-дырочного перехода. Рассмотрите распределения концентрации примеси, подвижных носителей заряда, объемных зарядов, потенциала, электрического поля в зависимости от координаты в контакте двух полупроводников с разным типом проводимости. Особое внимание уделите рассмотрению зонной энергетической диаграммы p-n - перехода в равновесном состоянии и ее изменения при приложении внешнего напряжения. Изучите составляющие токов, протекающих через p-n -переход, зависимость тока от приложенного напряжения, т.е. вольтамперную характеристику, емкостные свойства перехода, явление пробоя p-n -перехода. Подумайте, какие свойства р-n - перехода можно использовать для создания определенных типов полупроводниковых диодов.

В пояснительной записке (объемом не более 15 страниц машинописного или 20 страниц рукописного текста), оформленной в соответствии с ОС ТУСУР 6.1-97*, необходимо представить с учетом Ваших расчетных данных следующее.

9.1 Образование p-n перехода;

9.2 Зонную диаграмму в равновесном состоянии для рассчитываемого p-n перехода;

9.3 Зонную диаграмму p-n-перехода при приложении внешнего напряжения;

9.4 Вольтамперную характеристику (ВАХ) p-n перехода;

9.5 Пробой p-n-перехода;

9.6 Емкость p-n -перехода;

9.7 Расчеты ширины ООЗ, зарядной емкости перехода и их зависимости от приложенного напряжения, и вольтамперной характеристики.

9.8 Построить рассчитанные в п. 9.7 зависимости.

9.9 Объяснить полученные результаты и сделать выводы по работе.

Задание для расчетной части

По исходным данным рассчитать, построить и объяснить зависимости:

1)толщины слоя объемного заряда и емкости германиевого р-n перехода от напряжения в диапазоне от нуля до пробивного напряжения; 2) вольт- амперную характеристику при комнатной температуре (300 К) (напряжение изменять от +0,3 В до пробивного). При расчетах принять следующие константы: относительная диэлектрическая проницаемость германия  =16.3; ширина запрещенной зоны  = 0,67 эВ; концентрация собственных носителей заряда n_i=2.5^.10¹³ см^-3; _o=8.85^.10^-14 Ф/см; kT/q=0,026 В.

Концентрацию основных носителей заряда определить из таблицы:

p, Ом ^. см	pp, см^-3	n, Омсм	nn, см^-3
1,000 0,100 0,010 0,005 0,001	3,5010^15 5,0010^16 1,0110^18 3,00^.10^18 4,0010^19	1,000 0,100 0,010 0,005 0,001	1,6410^15 2,2310^16 5,5010^17 1,5010^18 1,9010^19

Исходные данные выбрать в соответствии с номером предложенного варианта из нижеперечисленных:

1) А=0,001 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-6 c;

2) А=0,001 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-5 c; 3) А=0,005 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-4 c; 4) А=0,005 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-3 c; 5) А=0,010 cм²; _p=0,010 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-5 c; 6) А=0,010 cм²; _p=0,010 Омcм; _n=0,010 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-4 c; 7) А=0,050 cм²; _p=0,010 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-3 c; 8) А=0,050 cм²; _p=0,100 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-4 c; _n= 1,010^-4 c; 9) А=0,010 cм²; _p=0,100 Омcм; _n=0,010 Омcм; _p= 1,010^-4 c; _n= 1,010^-3 c; 10) А=0,010 cм²; _p=1,000 Омcм; _n=0,001 Омcм; _p= 1,010^-3 c; _n= 1,010^-3 c; 11) А=0,010 cм²; _p=1,000 Омcм; _n=0,001 Омcм; _p= 1,010^-3 c; _n= 1,010^-3 c; 12) А=0,010 cм²; _p=0,100 Омcм; _n=0,010 Омcм; _p= 1,010^-4 c; _n= 1,010^-3 c; 13) А=0,050 cм²; _p=0,100 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-4 c;_n= 1,010^-4 c; 14) А=0,050 cм²; _p=0,010 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-3 c; 15) А=0,010 cм²; _p=0,010 Омcм; _n=0,010 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-4 c; 16) А=0,010 cм²; _p=0,005 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-5 c; 17) А=0,005 cм²; _p=0,005 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-5 c; 18) А=0,005 cм²; _p=0,005 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-5 c; 19) А=0,001 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-6 c; 20) А=0,001 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-6 c; 21) А=0,100 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=0,001 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-6 c; 22) А=0,100 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=0,010 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-5 c; 23) А=0,050 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=0,100 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-4 c; 24) А=0,050 cм²; _p=0,001 Омcм; _n=1,000 Омcм; _p= 1,010^-6 c; _n= 1,010^-3 c; 25) А=0,010 cм²; _p=0,010 Омcм; _n=0,010 Омcм; _p= 1,010^-5 c; _n= 1,010^-5 c;

Принятые условные обозначения:

А – площадь p-n -перехода; _{p ,} _n - удельное сопротивление, соответственно, p- и n- областей; _p, _n – время жизни, соответственно, электронов и дырок.