Расчет параметров кремниевого диода

Расчет характеристик параметров кремниевого диода. Составление и характеристика элементов схемной модели для малых переменных сигналов. Структура диода и краткое описание его получения, особенности исследования зависимости барьерной ёмкости от Uобр.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Кафедра микроэлектронных приборов и устройств

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине Твердотельная электроника

на тему

Расчет параметров кремниевого диода

Выполнила

Будякова Ю.Г.

Харьков 2005

Реферат

В данной курсовой работе представлен расчет характеристик параметров кремниевого диода, а также расчет элементов схемной модели для малых переменных сигналов. Также в программу включено исследование зависимости барьерной емкости С_б =f(U_обр.) и U_проб.=f(T).

ДИОД, ДРЕЙФОВЫЙ ТОК, ДИФФУЗИОННЫЙ ТОК , БАРЬЕРНАЯ И ДИФФУЗИОННАЯ ЕМКОСТЬ, ДОНОРЫ, ДИФФУЗИОННАЯ ДЛИНА, ВРЕМЯ ЖИЗНИ НОСИТЕЛЕЙ.

Содержание

1.Введение

2.Расчетная часть

1.Расчет элементов схемной модели R_б

2.Расчет диффузионной емкости

3. Определение барьерной емкости

3. Структура диода и краткое описание его получения

4. Исследование зависимости барьерной емкости от U_обр

5. Пробой лавинный

6. Список литературы

кремниевый диод схемная барьерная ёмкость

Введение

В формировании будущего специалиста по электронной технике наряду с фундаментальными дисциплинами значительная роль принадлежит курсу `Твердотельные приборы и устройства'. Он дает возможность изучить принципы функционирования твердотельных приборов, области их применения ; уяснить технологию производства и возможные конструкции.

Принцип действия твердотельных приборов основан на процесс в однородных и неоднородных структурах твердого тела.

Основное назначение приборов этой группы - преобразование электрических сигналов или электрической энергии одного вида в электрические сигналы или электрическую энергию другого вида.

К твердотельным приборам , работающим в самых разнообразных условиях , предъявляются чрезвычайно жесткие требования : эксплуатационная надежность , экономичность, устойчивость параметров в течение всего времени работы, взаимозаменяемость приборов прочность конструкции и возможно большую долговечность.

При проектировании полупроводниковых приборов и интегральных микросхем , широко используются методы и средства вычислительной техники . Применения ЭВМ не только сокращает затраты , но и способствует улучшению эксплутационных характеристик разрабатываемых изделий.

При проведении таких расчетов полупроводниковые приборы представляют моделями , которые с той или иной степенью точности соответствуют реальным приборам. Точность и долговечность машинных расчетов в значительной степени зависят от применяемых моделей, которые должны отражать свойства моделируемого элемента, зависимости его характеристик от электрических режимов работы, температуры и других внешних факторов. Кроме того, структура и математическое описание каждой модели должны быть возможно проще, поскольку они оказывают существенное влияние на машинное время, необходимое для анализа конкретных приборов и схем, и требуемый объем памяти ЭВМ.

Модели полупроводниковых приборов в зависимости от системы исходных параметров подразделяется на электрические, физико-топологические и технологические. В электрических моделях исходными данными являются электрические параметры (коэффициенты усиления, сопротивления и т.д.); в технологических- параметры технологических операций, используемых при изготовлении приборов ( время и температура диффузии, количество диффузанта и т.д.).

Модели полупроводниковых приборов классифицируются и по ряду других признаков: модели для малого и большого сигналов; модели ,справедливые в диапазоне температур; модели ,учитывающие изменения параметров приборов в результате воздействия внешних факторов и т.д.

Для представления электрической модели полупроводникового прибора могут использоваться различные способы: аналитический, графический, табличный, схемный, алгоритмический.

Аналитические электрические модели представляют собой уравнения ВАХ ,связывающие в явном виде токи и напряжения прибора. Зная геометрические и электрофизические параметры определенной полупроводниковой структуры, можно не проводить экспериментальную оценку ВАХ макета прибора на ее основе, а рассчитать их на ЭВМ с помощью математической модели. При этом можно легко оценить влияние на ВАХ тех или иных факторов или провести ее оптимизацию по тем или иным параметрам. Таким образом , с помощью ЭВМ проводится модельное макетирование приборов, вносятся необходимые изменения в модель и итерационно проводится повторный расчет до получения заданного результата. Такой анализ объекта путем замены его натурального макета математической моделью называется имитационным моделированием.

Алгоритмическая модель- запрограммированный алгоритм расчета токов и напряжений полупроводникового прибора путем численного решения нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих электрические процессы в приборе, или анализа сложной эквивалентной схемы, уравнения которой формируются и решаются ЭВМ.

1.Расчетная часть

Структурная схема рассчитываемого диода рис.1.1

Рисунок 1.1- Структурная схема кремниевого диода

Исходные данные:

N_d =3*10¹⁵ cм^-3 W=23 мкм U_пр=0.65 В а=18мкм

N_a =7*10¹⁷ см^-3 L_эфф =23мкм U_обр=0,4*U_проб.

ф_n=8мкс

ф_p=8мкс

К элементам схемной модели для малых переменных сигналов в p-n переходе относятся такие элементы как: диффузионная С_диф. и барьерная С_б емкости, радиус базы R_б.

1. Расчет радиуса базы R_б.

Rб= (1.1)

Где б-удельное сопротивление базы (б=0,28….3,2 Ом*см );

W-ширина базы (W=23 мкм);

S- площадь p-n -перехода;

1.1 Определим площадь p-n перехода:

S=а² 1.2)

S=3.14*(18*10^-4)²=1,018*10^-5

1.2 Вычислим удельное сопротивление базы с_б

(1.3)

у_n-удельная проводимость

с_б= Ом*см

Из формулы 1.1 R_б соответственно равно: R_б==348.615 Ом

2.Расчет диффузионной емкости

Определение диффузионной емкости

(2.4)

где S- площадь p-n -перехода;

I_s - ток насыщения, A;

_p- время жизни.

T - температура;

k - постоянная Больцмана.

Для расчета диффузионной емкости предварительно определим:

2.1 Ток насыщения

(2.5)

где D_n , D_p - коеффициент диффузии

L_n , L_p - диффузионные длины

n_p , p_n - концентрации носителей

2.1.1 Вычислим D_n и D_p(коеффициенты диффузии):

(2.6)

где _Т -термодинамический потенциал, В;

2.1.2 Термодинамический потенциал вычисляется по формуле:

(2.7)

где Т- температура, К;

q - заряд электрона;

k - постоянная Больцмана.

При температуре 300 К получим величину ц_Т=0.026 В

ц_Т=0.026 В

2.1.3 Определение подвижностей носителя тока

м_n=м_nэ (2.8)

м_р=м_рэ (2.9)

Отсюда: м_n=1350 (см²/с)

м_р=430 (см²/с)

Подставив в формулу (1.6), найденные величины из формул (1.7)-(1.9) найдем коеффициенты диффузии:

D_n=0.026*1350=35.1 (см²/c)

D_p=0.026*430=11.18(см²/c)

2.1.4 Определение диффузионных длин

(2.10)

(2.11)

где _n и ф_р- время жизни

Подставив из формулы (1.6) найденные значения получим:

L_n=(см)

L_p=(см)

2.1.5 Нахождение концентраций

Для нахождения концентраций воспользуемся законом действующих масс

, (2.12)

Определим концентрацию собственных носителей для Si, концентрация собственных носителей определяется...