ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

«ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ»

ВЫПОЛНИЛ

ПРОВЕРИЛ

УФА 2009

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Вариант                                                                       28

Полупроводниковый материал               Ge

Концентрация атомов бора,                             1022 м-3

Концентрация атомов сурьмы,               2*1021 м-3

Площадь перехода                                           S=1,3*10-6 м2

Температура                                                         Т=305 К

Диффузионная длина,                                           Ln=65*10-6 м

                                                                                    Lp=60*10-6 м

Напряжение смещения,                             Uпр=0,11  В

                                                                                    Uобр=0,9 В

1.1 Определить положение уровня Ферми и постороить потенциальную диаграмму

              Энергетический уровень середины запретной зоны для собственно полупроводника:

эВ.

Концентрация электронов в полупроводнике с примесью бора:

м-3.

Положение уровня Ферми:

эВ,

где              k – постоянная Больцмана, k=0,8617104 эВ/град.

Концентрация дырок в полупроводнике с примесью сурьмы:

м-3.

Положение уровня Ферми для полупроводника n-типа:

эВ.

Энергетическая диаграмма полупроводников приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Энергетическая диаграмма полупроводников

1.2 Расчет коэффициентов диффузии

Коэффициенты диффузии находятся из соотношения Эйнштейна:

м2/с,

м2/с,

где              q – заряд электрона, q=1,6*10-19, Кл.

1.3 Расчет удельного сопротивления

Удельная проводимость собственного полупроводника:

Ом-1*м-1.

Удельное сопротивление собственного полупроводника:

Ом*м.

Удельное сопротивление легированного полупроводника р-типа:

Ом*м.

Удельное сопротивление легированного полупроводника n-типа:

Ом*м.

2.1 Определить высоту потенциального барьера p-n – перехода

Контактная разность потенциалов

В,

где              ND – концентрация атомов доноров, м-3;

              NА – концентрация акцепторных атомов, м-3.

2.2 Определить ширину p-n – перехода

В равновесном состоянии:

м,

где              ε0 – диэлектрическая постоянная вакуума, ε0=8,85421012 Ф/м.

м,

м.

2.3 Построение энергетических (потенциальных) диаграмм

На рисунках 2, 3 и 4 построены потенциальные диаграммы для состояния равновесия U=0, для прямого смещения U=Uпр и обратного смещения перехода U=Uобр.

Рисунок 2 - Зонная диаграмма для состояния равновесия

Рисунок 3 - Зонная диаграмма для прямого смещения U=Uпр

Рисунок 4 - Зонная диаграмма для обратного смещения U=Uобр

3.1 Определение теплового тока

Тепловой ток (обратный ток насыщения) p-n – перехода:

А.

              3.2 Построение вольтамперной характеристики перехода

              Вольтамперная характеристика перехода строится по формуле:

.

Вольтамперная характеристика перехода приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Вольтамперная характеристика перехода

              3.3 Определение дифференциального сопротивления и сопротивления постоянному току для рабочего режима

              Выбираем рабочую точку в середине участка, для нее I/I0=19,08, U/φT=3,0. Дифференциальное сопротивление составит:

Ом.

              Сопротивление постоянному току:

Ом.

              3.4 Определение барьерной емкости перехода при нулевом смещении и построение вольт-фарадной характеристики

              Барьерная емкость перехода при нулевом смещении:

Ф,

, Ф.

Составляем таблицу для построения вольт-фарадной характеристики: