Твердотельная электроника. Семинар №5

1. Семинар №5 Твердотельная электроника

[email protected]
1

2. ВАХ диода

Вывод формулы для ВАХ идеального диода (резкий переход):
1. Записать уравнение непрерывности для неосновных носителей в базе
2. Упрощения: 1D-задача, стационарный случай, ток-диффузионный, Rб=0,
граничные условия Шокли при НУИ
3. Получаем распределение неосновных носителей в базе, находим ток диода
eDn ni 2
dn
exp U
jn ( E 0) eDn
dx
Wб
t
Lnth
Nб
Ln
2
jn
Число Гуммеля
Gb
Gb
e ni
U
U
(exp( ) 1) jn 0 (exp( ) 1)
Gб
t
t
N b Wb
, Ldiff Wb
Dn
N b Ldiff
Dn
1
, Ldiff Wb
Тонкая база
Толстая база
2

3. Задача 1

Дано: заданы параметры p-базы: W=10мкм, N=1e15см-3, Tau=1e-5с
Определить: толстая база или тонкая, рассчитать Gб
Параметр
1
2
N1
N2
1
2
ln N
N1
N2
N N 1;
1,
N
(N ) 1 1 ln , N 1 N N 2 ;
N1
2 ,
N N 2.
Единицы
измерения
см2 / В.с
см2 / В.с
см-3
см-3
—
Значение параметра
Электроны
Дырки
1 300
480
85
50
15
3.10
1.1016
19
1.10
1.1019
0,115
0,130
1. Неосновные носители в p-области – электроны
2. Находим подвижность электронов в p-базе:
n ( N 1015 ) 1300cm 2 /( B c)
3. Находим диффузионную длину неосновных
носителей:
Ldiff T n 10 5 0.0258 1300 183mkm
Ldiff W Значит база тонкая
N b Wb 1015 10 10 4
c
Gb
3 1010 4
Dn
1300 0.0258
cm
3

4. Задача 2

Используя данные задания 1, найти плотность теплового тока, считая что он
определяется только свойствами базы. Найти тепловой ток, если S=5*5 мкм2
e ni
1.6 10 19 10 20
10 A
j0
5
.
3
10
Gb
3 1010
cm 2
2
I 0 j0 S 5.3 10 10 25 10 8 1.325 10 16 А
Задача 3
Используя данные заданий 1 и 2, найти сопротивление p-базы
1. Надо найти подвижность основных носителей в p-базе – дырок.
Используем график и таблицу из слайда 3.
cm 2
p ( N 10 ) 480
B c
W
1
W
10 10 4
4
R
5
.
2
10
[Om]
19
15
8
S e N p ( N ) S 1.6 10 10 480 25 10
15
4

5. Задача 4

Через диод протекает ток I=10мА. Найти падение напряжения на диоде, на базе и на
всем приборе. Недостающие данные взять из предыдущих задач.
1. Закон Ома:
U r I Rb 10 10 3 5.2 10 4 520 В
2. Из формулы ВАХ идеального диода при U>0:
I
10 2
I I 0 exp( ); U d t ln( ) 0.0258 ln(
) 0.0258 14 2.3 0.83B
t
I0
1.325 10 16
Ud
Задача 5
Найти ток омического вырождения
Дифференциальное r dU d t
dI
I I0
сопротивление диода
I=Iв когда r=Rб. То есть:
IB
t
Rb
0.0258
7
5
10
A
4
5.2 10
5

6. Дополнительные задания в к семинару 5

1. Дополнительные задания выполняются по
желанию
2. Нужно сформировать модель p-n-перехода в
программе Sim1D (она лежит в ОРИОКС) и рассичать
пробивное напряжение p-n-перехода разной
формы
3. Для выполнения этого задания рекомендуется
ознакомиться с лабораторной работой №6 в
программе Sim1D дисциплины МЭТТЭ (работа
выложена в ОРИОКС в соответствующей
дисциплине)
6