Лаб№1

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 «Информатика»

Лабораторная работа №1

по теме: «Исследование идеализированного р-n перехода»

по дисциплине «Электроника»

Выполнила: студентка БСТ2001

Курило А.А.

Вариант 11

Проверила: старшая преподавательница

Сретенская Н.В.

Москва 2020 г.

Цель работы:

Целью настоящей работы является определение основных характеристик идеализированного р-n перехода. Исходными данными являются параметры конструкции: тип полупроводника, концентрация примесей, площадь р-n перехода. Определяются следующие характеристики идеализированного р-n перехода в отсутствие внешнего напряжения:

– контактная разность потенциалов;

– толщина;

– тепловой ток (ток насыщения);

– напряжение и тип пробоя;

– барьерная ёмкость.

Ход работы:

Рисунок 1 – схема P-N перехода для варианта 11

Номер зачётной книжки – 20051, в итоге изменяю начальные данные в 1.5 раза:

Концентрация акцепторной примеси: 1.5Е18

Концентрация донорной примеси: 1.5Е16

Площадь: 1.5Е-2

Таблица 1 – Заполненная таблица для варианта 11

Характеристики p-n перехода	Исходный вариант	Вариант с увеличенным Uпроб.	Вариант с уменьшенной Сб0	Вариант с уменьшенным I0
Исходные данные
Тип п/п	Si	Si	Si	Si
NA, см–3	1.5*1018	1.5*1019	1.5*1018	1.5*1018
NД, см–3	1.5*1016	1.5*1016	1.5*1016	1.5*1017
S, см2	1.5*10-2	1.5*10-2	1.5*10-3	1.5*10-2
Результаты при Т = 300 К
ᶲk0, В	8,3587E-1	8,9545E-1	8,3587E-1	8,9545E-1
w, мкм	2,7334E-1	2,8165E -1	2,7334E-1	9,3366E-2
I0, А	1,5999E-17	1,5527E-17	1,5999E-18	4,6839E-18
Uпроб.л., В	1,4094E+1	1,4094E+1	1,4094E+1	2,5062E+0
Uпроб.т., В	1,9913E+1	1,9913E+1	1,9913E+1	1,9913E+0
Сб0, Ф	5,8570E-10	5,6588E-10	5,8570E-11	1,7895E-9

1. Так как контактная разность потенциалов примерно соответствует U_пр, её можно посчитать по формуле 1.

, (1)

2. Для идеального P-N перехода барьерная ёмкость находится по формуле 2. Для уменьшения барьерной ёмкости нужно уменьшить площадь

P-N перехода.

, (2)

3. Для уменьшения теплового тока нужно уменьшить площадь P-N перехода или/и увеличить концентрацию донорной примеси по формуле 3.

, (3)

Ответы на контрольные вопросы:

1. Указать направление диффузии и дрейфа в асимметричном р-n переходе при U=0. Какие составляющие (электронная, дырочная) будут преобладать?

При ассиметричном переходе могут преобладать и донорная и акцепторная примеси. Диффузия – смешение одного вещества с другим при их контакте – происходит от большей концентрации к меньшей. При дрейфе наоборот – от меньшей концентрации к большей. Переход основных носителей к смежным областям приводит к рекомбинации (исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда в среде с выделением энергии), то есть к уменьшению концентрации основных носителей. В результате в смежной области концентрация дырок и электронов низкая, область называется обеднённой. Количество электронов и дырок будут примерно равны.

2. Почему диффузия носителей не приводит к выравниванию концентраций?

Собственное электрическое поле P-N перехода характеризуется контактной разностью потенциалов . Диффузия не будет проходить до конца.

3. Какие заряды количественно преобладают вблизи контакта р- и n- областей?

Преобладают неосновные, так как основные носители переходят в смежную зону становясь неосновными.

Почему на границе областей концентрация подвижных носителей невелика?

Подвижные уходят от контакта.

4. Какой окажется контактная разность потенциалов φ_k при подаче внешнего напряжения, равного ?

Величина примерно равна напряжению пробоя, при котором электрическое поле перехода исчезает и перестаёт препятствовать протеканию большого диффузионного тока – прямого тока I_ПР. Они имеют разные направления.

5. Как на свойства р-n перехода влияет выбор типа полупроводника?

Тип влияет на значение тока насыщения I₀, что в свою очередь влияет на I_ПР и I_ОБР, причём не только идеализированного, но и реального P-N перехода.

6. Как на свойства р-n перехода влияет концентрация примесей?

Из формулы 1 видно, что концентрация примесей влияет на контактную разность потенциалов , и на толщину P-N перехода, представленную формулой 4.

(4)

7. Как на свойства р-n перехода влияет его площадь?

Площадь влияет на значение тока насыщения, что видно из формулы 3 и барьерной ёмкости - формула 2. Чем больше площадь перехода, тем больше эти два показателя.