МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Н.В. Литвин

Твердотельная электроника

Учебно-методическое пособие

к выполнению курсовой работы

Новочеркасск 2006

УДК 621.382 (076.5)

Рецензент - канд. техн. наук А.М. Семенцев

Литвин Н.В.

Твердотельная электроника: методические указания к выполнению курсовой работы. / Волгодонский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск, 2006.- 49 с.

Даны методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Твердотельная электроника». Приводятся необходимые теоретические пояснения, порядок и последовательность выполнения работы.

Методические указания предназначаются студентам специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника».

© Волгодонский институт (филиал)

ЮРГТУ, 2006

© Литвин Н.В., 2006

Оглавление

Предисловие ……………………………………………………………… 4

Часть № 1

Расчет концентрационных профилей………………………………….5

Часть № 2

Расчет основных параметров легированного полупроводника…..21

Часть № 3

Расчет основных параметров и характеристик p-n-перехода……..32

Библиографический список……………..…………………………..……47

Предисловие

Курсовая работа по дисциплине «Твердотельная электроника» состоит из трех частей. В каждой части приводятся теоретические пояснения, последовательность выполнения работы, а также необходимые данные для проведения расчетов.

Первая часть курсовой работы посвящена расчету концентрационных профилей при легировании кремния различными примесями. Для каждого варианта предложен один из четырех рассмотренных видов диффузии примеси в твердое тело. Необходимо построить концентрационные профили для указанных примесей С/С₀=f(x) при трех различных значениях времени легирования (t₁, t₂, t₃) для глубины проникновения примеси x = 0 ÷ x_К , а также определить, на какой глубине образца относительная концентрация примеси достигнет заданного значения и какое потребуется время для достижения заданной относительной концентрации на указанной глубине.

Во второй части курсовой работы производится расчет основных параметров легированного полупроводника: концентрации примеси, типа проводимости, подвижности носителей заряда, удельного сопротивления образца, положение уровня Ферми на энергетической диаграмме. В качестве рассматриваемого полупроводника задан образец кремния определенных размеров, содержащий донорную и акцепторную примеси указанной массы.

Третья часть посвящена расчету основных параметров и характеристик p-n-перехода: ширины обедненной области, барьерной емкости, максимальной напряженности электрического поля в p-n-переходе, напряжения пробоя. В рамках этой части курсовой работы проводится расчет и построение ВАХ идеального p-n-перехода при заданной температуре, а также ВАХ кремниевого и германиевого диода в условиях повышения температуры и с учетом объемного сопротивления базовой области. Выполняется расчет сопротивления постоянному току и дифференциального сопротивления по полученным зависимостям.

Пояснительная записка, оформленная на листах формата А4, должна содержать следующие материалы:

• титульный лист;

• задание на курсовую работу;

• ведомость курсовой работы;

• аннотацию (краткое содержание работы);

• содержание;

• основную часть (краткие теоретические сведения и результаты расчетов по каждой части курсовой работы);

• заключение;

• список литературы.

1. Расчет концентрационных профилей

1. Введение

Диффузия − это перенос вещества, массы. Формальное сходство между некоторыми процессами переноса (например, теплопроводностью и диффузией) выражается в совпадении уравнений, описывающих процесс.

Диффузией обычно называют процесс самопроизвольного выравнивания концентрации. Строго говоря, это не верно. Истинной причиной, вызывающей перемещение частиц (атомов, молекул, вакансий) при диффузии, является разница химических потенциалов в различных точках системы, а не концентраций. Однако, при описании процесса и анализе механизмов переноса удобнее ограничиться представлениями о градиенте концентрации как единственной движущей силой диффузионного переноса.

Значение диффузии определяется, по крайней мере, тремя обстоятельствами. Во-первых, диффузия является процессом элементарным в том смысле, что она осуществляется благодаря перемещениям отдельных частиц (атомов, ионов, молекул), т.е. на атомном уровне. Поэтому изучение диффузии является полезным и во многих отношениях уникальным инструментом для исследования структуры кристаллов, дефектов решетки и т.д.

Во-вторых, диффузия является одним из наиболее общих процессов в твердых телах. Диффузия происходит в чистых металлах и металлических сплавах, окислах и интерметаллидах, диэлектриках и полупроводниках, в широком диапазоне температур и внешних условий.

Наконец, в третьих (по счету, но не по значению), диффузия играет ведущую роль во многих процессах, определяющих структуру и свойства материалов. Среди них можно назвать легирование, кристаллизацию, фазовые превращения, процессы выделения из твердого раствора и коагуляции, спекание порошковых материалов, многие специфические процессы в полупроводниках (p-n-переходы) и т.д. Особенно следует выделить роль диффузии в пластической деформации при высоких температурах и разрушении металлов в связи с ростом требований к жаропрочности материалов.

Для успешного решения возрастающего числа нерешенных вопросов, связанных с подвижностью атомов, необходимо более широкое изучение процессов диффузии не только в обычных условиях, но также и в условиях, связанных с различными внешними воздействиями – облучение потоками заряженных частиц, наличие внешних электрических и магнитных полей и др. Полученная в процессе такого изучения новая информация окажет неоценимую помощь при разработке многих проблем физики твердого тела.