Методические рекомендации оформления курсовой работы

по дисциплине «Физические основы электроники»

 

 

«Свойства проводников, расчет характеристик перехода»

 

Исходные данные:

 

1. Варианты:

№
	0,5		0,01		0,015	0,8	0,6
	0,45		0,015		0,01	0,7	0,4
	0,5		0,02		0,01	0,6	0,5
	0,6		0,025		0,02	0,5	0,7
	0,7		0,03		0,04	0,4	0,8
	0,8		0,035		0,03	0,9	0,4
	0,9		0,04		0,01	1,0	0,7
	1,0		0,02		0,04	0,3	0,5
	1,1		0,01		0,05	0,5	0,3
	1,2		0,02		0,03	0,6	0,9
	0,55		0,01		0,02	0,6	0,4
	0,6		0,02		0,01	0,7	0,3
	0,65		0,03		0,01	0,8	0,2
	0,7		0,025		0,01	0,4	0,6
	0,75		0,03		0,02	0,2	0,4
	0,8		0,01		0,04	0,8	0,5
	0,85		0,02		0,01	0,5	0,4
	0,5		0,01		0,02	0,3	0,6
	0,53		0,02		0,02	0,4	0,6
	0,58		0,025		0,01	0,5	0,5

 

 

2. Физические и математические постоянные:

1) Постоянная Планка

2) Элементарный заряд

3) Масса покоя электрона

4) Постоянная Больцмана

5) Число Пи

6) Экспонента

7) Электрическая постоянная

 

 

Задания:

1. Рассчитать температурную зависимость концентрации равновесных носителей заряда в собственном проводнике.

 

а) Получить расчетную формулу с использованием численных данных вашего варианта;

 

Исходные формулы:

 

Получение расчетной формулы:

 

Подставив исходные данные, получаем формулу:

 

 

б) Результаты расчетов представить в таблице 1.

 

Таблица 1.

Концентрация равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике

 

 

в) Построить график 1 зависимости равновесной конфигурации носителей тока от температуры в координатах ;

 

 

г) Проверить правильность построения графика, выполнив обратную задачу: используя значение , найти ширину запрещенной зоны полупроводника , сравнить с исходным значением . Найти погрешность ;

= ln/ (1/Т)

 

2. Рассчитать температурную зависимость уровня Ферми в собственном полупроводнике.

За начало отсчета принять

 

Расчетная формула:

 

 

а) Результаты расчетов представить в таблице 2

Таблица 2

Зависимость в собственном полупроводнике

 

 

б) Построить график 2 «Зависимость в собственном полупроводнике»;

 

 

3. Рассчитать температуры ионизации донорной примеси и ионизации основного вещества в полупроводнике типа методом последовательных приближений. В качестве начальных температур использовать значения = 400 , = 50 .

Расчетные формулы:

-температура ионизации доноров

 

 

Для удобства расчетов формул для и представить в виде:

=А1* , =А2*

А2,А -числовые значения

Величины выразить в Джоулях; , ,N d в .

 

Результаты расчетов представить в виде таблиц 3,4

Таблица 3

Расчет температуры для донорного полупроводника.

Таблица 4

Расчет температуры для донорного полупроводника.

 

Расчеты провести с точностью до 0,1 К;

 

4. Рассчитать температуру ионизации и в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений. Расчеты аналогичны расчетам в п. 3, результаты представить в виде таблицы 5,6 (аналогичных табл. 4 и 5);

Расчетные формулы:

5. Рассчитать температурную зависимость положения уровня Ферми в донорном полупроводнике.

а) Для низкотемпературной области величину принять равным нулю: .

Результаты расчетов представить в виде таблицы 7.

Таблица 7.

Зависимость в донорном полупроводнике (область низких температур).

						……….

и в виде графика 3 «Зависимость для полупроводника типа в области низких температур».

 

б) Для низкотемпературной области найти положение максимума зависимости , т.е. вычислить и _. Точку максимума указать на графике 3.

,

 

 

 

в) Для области средних температур ( ), результаты расчетов представить в виде таблицы 8.

 

 

Таблица 8

Зависимость Е_F(Т) в донорном полупроводнике (область средних температур).

							……….

 

г) В области высоких температур рассчитать 4 значения см. табл. 9.

 

Таблица 9

Зависимость Е_F(Т) в донорном полупроводнике (область высоких температур).

 

д) построить график 4 «Температурная зависимость Е_F для донорной примеси по полученным точкам»;

 

 

6. Рассчитать критическую концентрацию вырождения донорной примеси;

,где А вычисляется по формуле

 

 

7. Рассчитать равновесную концентрацию основных и неосновных носителей тока в и областях перехода при температуре 300 . Полагая, что примесь полностью ионизирована, считать и равным концентрации соответствующей примеси.

Концентрацию неосновных носителей найти из закона действующих масс в и перевести в

Расчетные формулы

 

8. Найти высоту потенциального барьера равновесного перехода и контактную разность потенциалов при 300 ;

Расчетная формула:

9. Найти положение уровней Ферми в и областях относительно потолка зоны проводимости и дна валентной зоны соответственно ( 300 ).

Расчетные формулы:

10. Найти толщину перехода в равновесном состоянии ( 300 );

Расчетная формула:

 

11. Определить толщину пространственного заряда в и областях;

 

 

 

12. Построить в масштабе график 5 «Энергетическая диаграмма перехода в равновесном состоянии »;

 

 

 

 

13. Найти максимальную напряженность электростатического поля в равновесном переходе. Построить график 6 «Зависимость напряженности электростатического поля от расстояния в p-n-переходе»;

 

 

 

 

 

(график «Зависимость напряженности электростатического поля от расстояния в p-n переходе» см. рисунок в)

14. Найти падение потенциала в и областях пространственного заряда перехода. Проверить справедливость равенства ;

 

 

 

 

15. Построить график 6 «Зависимость потенциала в и областях от расстояния». Задать 5 значений через равные интервалы и вычислить 5 значений . Задать 5 значений через равные интервалы и вычислить 5 значений . Результаты вычислений привести в таблице 10.

 

 

 

 

(см. рисунок б)

 

 

Таблица 10

Зависимости в области p-n перехода.

,
,

 

Используя значение из таблицы 9 и и из n.14 построить график 6;

 

16. Вычислить барьерную емкость перехода расчете на для трех случаев:

а) равновесное состояние перехода;

б) при обратном смещении ;

в) при прямом смещении .

Сравнить полученные значения, сформулировать вывод;

 

 

17. Вычислить коэффициенты диффузии для электронов и дырок (в ) и диффузионную длину для электронов и дырок (в ) при ;

 

 

 

 

18. Вычислить электропроводность и удельное сопротивление собственного полупроводника, полупроводников и типа при ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Определить величину плотности обратного тока перехода при в ;

20. Построить обратную ветвь ВАХ перехода, . Результаты расчетов привести в таблице 10. По данным таблицы 10 построить график 7 «Обратная ветвь ВАХ перехода»;

Таблица 10

Обратная ветвь ВАХ перехода, .

 

 

21. Построить прямую ветвь ВАХ перехода, .Результаты расчетов привести в таблице 11.

 

 

Таблица 11

Прямая ветвь ВАХ p-n-перехода, Т =300К.

 

 

По данным таблицы 11 построить график 8 «Прямая ветвь ВАХ перехода»;

 

22. Вычислить отношение и при . Сформулировать вывод.