Оптоэлектроника Полупроводниковый лазер Волоконно-оптический световод Электронно-дырочный переход Изучение законов внешнего фотоэффекта

Лабораторные работы по электронике

Электронно-дырочный переход

Основные понятия и уравнения твердотельной электроники

Основные типы p–n-переход. Контакт двух полупроводников с различным типом проводимости носит название p–n-перехода. Создать p–n-переходы можно различными способами. Эти способы позволяют создать самые разнообразные по своей структуре p–n-переходы.

Расчет контактной разности потенциалов. Напомним, что электронно-дырочный переход – это контакт двух полупроводников с различным типом проводимости. Электропроводность полупроводников, обусловленная основными носителями зарядов, определяется следующими выражениями:

Определение напряжения пробоя Uпр. При большом обратном смещении на p–n-переходе, которое создает в нем большое электрическое поле, переход «пробивается» и через него протекает большой ток. Существует три основных механизма пробоя: тепловая неустойчивость, туннельный эффект и лавинное умножение.

Структура "металл-полупроводник"  Расчет вольт-амперной характеристики контакта "металл-полупроводник". Контакт "металл-полупроводник" может быть как омическим, так и выпрямляющим. Омические контакты металла с полупроводником являются обязательными элементами любого активного или пассивного полупроводникового прибора или устройства, так как они осуществляют электрическую связь между элементами прибора и внешней цепью, обусловленную линейной вольт-амперной характеристикой.

Порядок построения энергетических диаграмм контакта "металл-полупроводник". Для построения энергетической диаграммы контакта "металл-полупроводник" при заданном напряжении смещения U необходимо определить следующие электрофизические характеристики

Порядок построения энергетической диаграм-мы МДП-структуры. Для построения энергетической диаграммы МДП-структуры в режиме сильной инверсии необходимо определить следующие электрофизические характеристики: концентрацию примесей в полупроводнике

 Электрофизические свойства различных полупроводниковых структур определяют принципы действия подавляющего большинства интегральных микросхем (ИМС). На границе раздела между двумя различными по типу электропроводности полупроводниками или между полупроводником и металлом возникают потенциальные барьеры, что является следствием перераспределения концентрации подвижных носителей заряда между контактирующими материалами.

Варианты 1.1 – 1.12

Электронно-дырочный переход, площадью S = 0,1 см2, сформирован в кремнии таким образом, что удельные сопротивления дырочной и электронной областей составляют величины rp и rn соответственно.

Объяснить:

– работу p-n-перехода, используемого в выпрямителе;

– причины расхождения между теоретической и реальной вольт-амперными характеристиками p-n-перехода;

– применения пассивной и реактивной компонент полного сопротивления p-n-перехода.

Определить:

– величину контактной разности потенциалов при комнатной температуре;

– рассчитать и построить энергетическую диаграмму p–n-перехода в равновесном состоянии, а также при заданном значении величины прямого напряжения u, В;

– рассчитать и построить теоретическую вольт-амперную характеристику (учесть движение всех носителей заряда через p-n-переход, среднее время жизни которых считать равным τp,n = 1 мкс);

– вычислить величину дифференциального сопротивления p-n-перехода при u, B; T, K.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 1.1 – 1.9, представлены в табл. 1.

Таблица 1

№ варианта

rp,

Ом×см

rn,

Ом×см

u,

B

T,

K

1.1

0,01

44,0

0,1

200

1.2

0,012

44,1

0,2

210

1.3

0,013

44,5

0,3

220

1.4

0,015

44,8

0,4

230

1.5

0,18

45,0

0,5

240

1.6

0,2

45,1

0,6

250

1.7

0,22

45,3

0,7

260

Окончание табл. 1

№ варианта

rp,

Ом×см

rn,

Ом×см

u,

B

T,

K

1.8

0,25

45,8

0,8

270

1.9

0,27

46,0

0,9

280

Задание к вопросу о методе формирования

полупроводниковой структуры

1.1. Изготовление p-n-перехода микроплавлением с помощью электронного луча.

1.2.  Механизмы диффузии в полупроводниках.

1.3. Распределение примеси при диффузии из бесконечного источника.

1.4. Распределение примеси при диффузии из ограниченного источника.

1.5. Способы проведения диффузии.

1.6. Радиационно-стимулированная диффузия.

1.7. Силановый метод эпитаксиального выращивания полупроводниковых слоев.

1.8. Хлоридный метод эпитаксиального выращивания полупроводниковых слоев.

1.9. Молекулярно-лучевая эпитаксия.

1.10. Гетероэпитаксия.

1.11. Локальная эпитаксия.

1.12. Методы легирования эпитаксиальных слоев.

Варианты 2.1 – 2.12

Р-n-переход используется в качестве переменного резистора в аттенюаторе, схема которого показана на рис. 3.

Вычислить величину дифференциального сопротивления диода как функцию Ii.

Смещение на диоде задается источником постоянного тока I, а связь между сигналами осуществляется через конденсатор емкостью  С, реактивное сопротивление

Рис.3

   


которого пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением резистора Ri. Вычислите и постройте зависимость ослабления сигнала по напряжению в децибелах [20 lg(Uвых/Uвх)] от величины тока Ii. Ток насыщения можно взять равным I0 = 1мкА.

Вычислите емкость и толщину обедненного слоя при обратном напряжении смещения Uобрi, если изменение плотности заряда по обе стороны резкого p–n-перехода представляет собой ступенчатую функцию, т. е. NAi > NDi. Принять es = 16, S = 10-6 м2.

Построить энергетическую диаграмму p–n-перехода для заданного Uобрi.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 2.1 – 2.12, представлены в табл. 2.

Таблица 2

варианта

Ri,

кОм

Ii,

мА

NAi,

см-3

NDi,

см-3

Uобрi,

B

2.1

1,0

0,01–0,1

1×1017

2×1015

0,2

2.2

1,3

0,01–0,1

5×1017

4×1015

0,4

Окончание табл. 2

варианта

Ri,

кОм

Ii,

мА

NAi,

см-3

NDi,

см-3

Uобрi,

B

2.3

1,5

0,01–0,1

1×1018

6×1015

0,6

2.4

1,7

0,01–0,1

5×1018

8×1016

0,8

2.5

1,9

0,10–1,0

1×1019

1×1017

1

2.6

2,1

0,10–1,0

5×1019

5×1017

1,2

2.7

2,3

0,10–1,0

1×1020

2×1015

1,4

2.8

2,7

0,10–1,0

2,5×1017

1×1015

1,6

2.9

2,9

1,0–10,0

2,5×1018

8×1014

1,8

2.10

3,1

1,0–10,0

2,5×1019

6×1014

2

2.11

3,5

1,0–10,0

7,5×1017

4×1014

2,2

2.12

3,7

1,0–10,0

7,5×1018

2×1014

2,4

Задание к вопросу о методе формирования

полупроводниковой структуры

2.1.  Получение на поверхности кремния слоев SiO2 методом термического окисления.

2.2.  Анодное электролитическое оксидирование поверхности кремния.

2.3. Механизм ионного легирования при ориентированном внедрении ионов.

2.4. Механизм ионного легирования при разориентированном внедрении ионов.

2.5. Распределение концентрации примесей в ионно-легированных слоях.

2.6. Преимущества и недостатки ионного легирования полупроводников.

2.7. Термовакуумный метод нанесения пленок.

2.8. Получение тонких пленок при распылении ионной бомбардировкой.

2.9.  Получение тонких пленок при осаждении металла из электролита и растворов.

2.10. Разделение пластин и подложек с готовыми структурами при сборке интегральных микросхем.

2.11. Основные методы сборки интегральных микросхем.

2.12. Монтаж кристаллов при сборке интегральных микросхем.

Напряжение коллектор-эмиттер максимальное - Uкэ max.

Указывается при отключенной (оборванной) базе или при конечном значении сопротивления Rбэ. Uкэ при оборванной базе меньше, чем Uкэ при наличии Rбэ. Величина Rбэ обычно указывается в справочнике. В настоящее время выпускаются транзисторы на напряжение до1500 В.

3. Ток коллектора максимальный - Iк max; ток коллектора импульсный за определенное время - Iки>Iк max.

4. Частотные свойства транзистора.

Различают: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (СВЧ). Есть также импульсные или переключательные транзисторы.

Обозначения транзисторов:

КТ ХХХ А, Б..., где ХХХ – цифры; буквы А,Б…характеризуют особенности электрических параметров. Например, КТ 908- импульсный, КТ 315 - очень распространен. ГТ ХХХ - германиевый транзистор. Чем больше значения цифр, тем выше частотные свойства и мощность транзистора. В настоящее время существует большое количество транзисторов с четырьмя цифрами в обозначении.


На главную