Лабораторна робота №2 (8 годин)
«Визначення параметрів ідеального p-n переходу (діода) для конкретного напівпровідника, наприклад антімоніда галію (GaSb)» з дисципліни «Фізичні основи електроніки»
Параметри для розрахунку
ü Ширина області просторового заряду (W, мкм) і її межі (| xp | і | xn |), W (T);
ü Інтегральна бар'єрна ємність p-n переходу (Зб. Ф), її температурна залежність при U = const, залежність від напруги при Т = const;
ü Максимальна напруженість електричного поля (emax. В / см) в p-n переході в стані термодинамічної рівноваги (Т = 300 К, U = 0 В).
ü Вольтамперная характеристика (ВАХ) ідеального діода з теорії Шоклі (пряма і зворотна гілки), струм насичення I0 і їх температурні залежності.
Всі параметри розраховуються при нормальній температурі Т = 300 К і / або в діапазоні температур 200-400 К.
W (T, U = const), W (U, T = const);
I (U, T) для двох температур
Основні формули p-n переходу.
Потенційний бар'єр, [еВ]
Тепловий потенціал, [B]
Ширина області просторового заряду (ОПЗ), [м]
Максимальна напруженість вбудованого електричного поля в (ОПЗ), [В / м]
Інтегральна бар'єрна ємність, [Ф]
Наведена концентрація, [м -3]
Основне рівняння Шоклі (залежність струму через p-n перехід від напруги), [A]
Струм насичення для діода з товстою базою (Wбp >> Ln і Wбn >> Lp), [A]
За результатами розрахунку побудувати якісну енергетичну зонну діаграму Е (х) p-n переходу в стані термодинамічної рівноваги і вказати на ній все розраховані параметри. Врахувати співвідношення між концентраціями Na і Nd.
1. Р-n перехід в стані термодинамічної рівноваги, зонна діаграма Е (х).
2. Р-n перехід при прямому зміщенні, зонна діаграма Е (х).
3. Р-n перехід при зворотному зміщенні зонная діаграма Е (х).
4. Інтегральна бар'єрна ємність p-n переходу. Залежність від параметрів.
5. Напруженість електричного поля в p-n переході. Максимальна напруженість внутрішнього електричного поля.
6. Фізичний сенс струму насичення, відповідно до теорії Шоклі.
7. Для несиметричного p + n переходу визначити, якими носіями в основному визначається зворотний струм насичення? Показати їх на зонного діаграмі (Е (х)).
8. Як зміниться прямий струм через p-n перехід при збільшенні концентрації домішки?
9. У якому несиметричному переході p + n або n + p, буде більше струм насичення при однакових концентраціях в базових (n і p) і, відповідно, в емітерний (p + і n +) областях?
10. Як зміниться потенційний бар'єр p-n переходу при збільшенні концентрації домішки в суміжних областях?
11. Як зміниться потенційний бар'єр p-n переходу при збільшенні температури?
12. P-n перехід має концентрації домішок Na = 10 16. Nd = 3 * 10 16. Як співвідносяться розміри | Xn | і | Xp |?
13. Якими зарядами утворена ОПЗ в p-n переході в стані термодинамічної рівноваги, якщо домішки повністю іонізовані?
14. Як зміниться зворотний струм ідеального p-n переходу при зменшенні температури?
15. P-n перехід складається з однорідно легованих областей з рівними геометричними розмірами і однаковим питомим опором. Як співвідносяться електронна (Jn) і діркова (Jp) складові щільності електричного струму при прямому зміщенні?
16. Які параметри напівпровідникового p-n переходу збільшуються з ростом температури?
17. Як змінюється напруженість електричного поля в назад зміщеному p-n переході в залежності від прикладеної напруги?
18. Як зміниться ємність p-n переходу, якщо збільшити рівень легування p- і n-областей?
19. Записати сумарний струм через p-n перехід в стані термодинамічної рівноваги. Які носії рухаються через металургійну кордон?
20. Які носії заряду переважають в струмі назад зміщеного p-n переходу, якщо концентрація акцепторів в p-області багато більше концентрації донорів в n-області?
21. Як пов'язані пряму напругу на p-n переході і струм насичення?
22. Які носії заряду переважають в струмі назад зміщеного p-n переходу, якщо концентрація акцепторів в p-області багато менше концентрації донорів в n-області?
23. Намалювати якісно пряму гілку ВАХ напівпровідникового діода, виготовленого з Si (Eg = 1,12 еВ), Ge (Eg = 0,67 еВ), GaAs (Eg = 1,42еВ), GaP (Eg = 2,24 еВ) за інших рівних умов.
24. Як і з яких причин змінюється пряма гілка вольтамперной характеристики діода зі збільшенням його температури?
25. Як утворюється область просторового заряду?
26. Які параметри напівпровідникового діода можуть змінитися при зміні структури з p + n на n + p при збереженні рівнів легування емітерний і базової областей?
27. Порівняти коефіцієнти інжекції в p + n і n + p переходах.