Курсовая работа (т): Расчет параметров модели p-n перехода (плоскостного диода)

Определение зависимости толщины обедненного слоя от напряжения обратного смещения перехода

Толщина обедненного слоя вычисляется по формуле:

1) Зависимость толщины обедненного слоя от напряжения германиевого диода.

) Зависимость толщины обедненного слоя от напряжения кремниевого диода.

Графические зависимости барьерной емкости и толщины обедненного слоя от напряжения обратного смещения перехода

1)      Зависимость барьерной емкости от напряжения германиевого диода.

Рис. 16

)       
Зависимость барьерной емкости от напряжения кремниевого диода.

Рис. 17

) Зависимость толщины обедненного слоя от напряжения германиевого диода.

Рис. 18

)       
Зависимость толщины обедненного слоя от напряжения кремниевого диода.

Рис. 19

Графические зависимости диффузионной емкости от напряжения прямого смещения перехода

) Зависимость диффузионной емкости от напряжения германиевого диода.

Рис. 20

2) Зависимость диффузионной емкости от напряжения кремниевого диода.

Рис. 21

Рис. 22

Слева, на рисунке приведена эквивалентная схема p-n перехода. На этом рисунке :

1.  VD моделирует идеализированный p-n переход.

2.      объемное сопротивление базы

.        обратное сопротивление

.        барьерная емкость

.        диффузионная емкость

Целью работы было проведение расчета и построение зависимости емкости р-n перехода от напряжения. При подаче прямого напряжения существуют две причины, обуславливаюие емкость p-n перехода : изменение зарядов в обедненном слое и изменение концентрации инжектированных носителей в нейтральных областях в близи границы p-n перехода в зависимости от приложенного прямого напряжения.

На основе проведенных расчетов было установлено, что барьерная емкость возрастает при увеличении внешнего напряжения, приложенного к диоду, а толщина обедненного слоя уменьшается. Диффузионная емкость возрастает экспоненциально при увеличении прямого напряжения. Барьерная емкость, как и емкость обычных конденсаторов, возрастает при увеличении площади p-n-перехода и диэлектрической проницаемости вещества полупроводника и уменьшении толщины запирающего слоя. Особенность барьерной емкости состоит в том, что она является нелинейной емкостью, т. е. изменяется при изменении напряжения на переходе. Если обратное напряжение возрастает, то толщина запирающего слоя увеличивается. А так как этот слой играет роль диэлектрика, то барьерная емкость уменьшается. Барьерная (зарядная) емкость обусловлена нескомпенсированным объемным зарядом ионов примесей, сосредоточенными по обе стороны от границы р-n-перехода.

Из всех построенных графиков мы выяснили, что при уменьшении обратного напряжения ширина перехода уменьшается, а барьерная емкость увеличивается.

Так же от материала зависит амплитуда наклона графика зависимости барьерной емкости от напряжения, так у Ge более резкий наклон, чем у Si. А это значит, что у Ge быстрее возрастает емкость от напряжения, а так же она больше. Ширина перехода тоже зависит от материала, для Ge ширина может достигать большего значения, при одинаковых напряжениях.

Было определено, что при равных уровнях легирования (концентрациях примесей) р- и n-областей перехода и значениях обратного напряжения барьерная емкость германиевого диода больше, т.к. диэлектрическая проницаемость германия больше, чем кремния, а равновесная контактная разность потенциалов германия меньше, чем кремния.

Также, при равных уровнях легирования (концентрациях примесей) р- и n-областей перехода и значениях прямого напряжения диффузионная емкость германиевого диода больше, чем кремниевого, т.к. собственная концентрация электронов и дырок при одинаковой температуре, коэффициенты диффузий дырок и электронов, у германия больше, чем кремния, при этом надо учитывать, что время жизни неосновных носителей заряда у кремния хоть и больше, но не на существенную величину, что вносит малый вклад в формировании диффузионной емкости. Диффузионная емкость обусловлена изменением величины объемного заряда. Диффузионная емкость связана с диффузией неосновных носителей, инжектированных через переход при прямом смещении, и определяется зарядом этих носителей, накопленных за пределами области перехода.