Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Октября 2013 в 12:28, курсовая работа
Расчёт параметров диода.
Расчёт температурной зависимости обратного тока и прямого падения напряжения диода Iобр.(T), Uпр.(T).
Расчет максимально допустимой температуры Tmax и максимального тока диода в режиме стабилизации Imax
Расчёт температурной зависимости напряжения лавинного и теплового пробоев
UBлав (T), UBth (T).
Расчёт вольт – фарадной характеристики C(U).
Расчёт частотной зависимости добротности (при Uобр=1В) Q(ω).
Расчёт температурной зависимости добротности на низких и верхних частотах
Qнч(T), Qвч(T).
Расчёт зависимости времени восстановления диода при работе в импульсном режиме от прямого тока и обратного напряжения tвосст=f(Iпр), tвосст=f(Uобр).
где учитывает цилиндрическое распределение:
В данном случае туннельный пробой отсутствует, т.к. полупроводник невырожденный, поэтому будем рассматривать только лавинный и тепловой пробой.
Суть явления теплового пробоя состоит в том, что носители заряда, разогнавшись в сильном электрическом поле, могут приобрести энергию, достаточную для ионизации атомов полупроводника, т.е. для образования новых носителей заряда. Такой процесс носит лавинообразный характер и приводит к значительному увеличению обратного тока через p-n переход. Если обратное напряжение превысит максимально допустимую для данного p-n перехода величину, то участок p-n перехода пробьется. За счет выделения электрической мощности будет повышаться температура, а следовательно и темп тепловой генерации носителей заряда. Вблизи температуры p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости. Процесс термоустойчив, пока . При превышении тепловой скорости выделении мощности наступит тепловой пробой. Включается положительная токотемпературная связь: с увеличением температуры увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению мощности, а следовательно и температуры.
Происходит шнурование тока и разрушение прибора.
Максимально допустимая температура определяется по следующим формулам:
где - тепловое сопротивление диода.
- максимальная рассеиваемая мощность.
Выбирают минимальное значение (43,44).
Максимальный ток в режиме стабилизации.
Выбирают минимальное значение (45,46).
С повышением температуры
напряжение лавинного пробоя увеличивается.
Это связано с тем, что с
увеличением температуры
(47)
2.5.2 Температурная зависимость теплового пробоя.
Механизмы пробоя p-n перехода, в частности, теплового, были описаны выше. Напряжение теплового пробоя рассчитываются по формуле:
Зависимость определяется в основном .
2.6 Расчет прямого падения напряжения.
Падение напряжения на самом p-n переходе, на базе, в эмиттере, на подложке и контактах составляет прямое падение напряжения:
где - падение напряжения на p-n переходе.
- ток инжекции:
- падение напряжения на эмиттере:
- падение напряжения на промодулированной базе:
где
- падение напряжения на подложке:
- падение напряжения на эмиттерном контакте:
- падение напряжения на контакте подложки:
2.6.1 Температурная зависимость прямого падения напряжения.
Температурная зависимость прямого падения напряжения на диоде обусловлена зависимостью электрофизических параметров от температуры. Наибольшее влияние оказывает зависимость и . зависимость очень сильная и является доминирующей, поэтому падение напряжения уменьшается с ростом температуры.
Зависимость падения напряжения на базе от температуры определяется зависимостью подвижности от температуры:
Падение напряжения на омических сопротивлениях эмиттера и подложки, определяются зависимостью .
2.7 Расчет
вольт – фарадной
Диоды с p-n переходами обладают емкостными свойствами, что связано с пространственными перераспределениями заряда электронов и дырок при приложении внешнего напряжения к p-n переходу. Ёмкость p-n перехода в сильной степени определяет быстродействие переходов и приборов на их основе.
При изменении напряжения на величину , изменяется толщина ОПЗ это связано с изменением объёмного заряда нескомпенсированных ионов на величину (из-за протекания носителей заряда соответствующего знака к соответствующим сторонам границ ОПЗ).
За счет протекания тока проводимости во внешней цепи электронно-дырочный переход ведет себя подобно конденсатору. Для резкого перехода:
где - толщина ОПЗ (формула 25)
2.8 Зависимость добротности от частоты.
Качество диодов определяется такими параметрами, как добротность . Добротность определяют отношением реактивного сопротивления к активному. Эквивалентная схема диода показана на рисунке 14.
Для резкого перехода:
Добротность разделяется на и .
где - добротность на низкой частоте.
- добротность на высокой частоте.
Зависимость - от температуры:
Т.к. , то зависимость определяется этим соотношением.
Зависимость от температуры:
2.9 Расчет импульсных характеристик.
Для получения зависимости при и при воспользуемся следующими формулами:
3.Теоретический расчет.
RSE = 20 Ом/см2 - сопротивление диффузионного слоя сильнолегированного эмиттера.
rB = 5Ом/см - удельное сопротивление слаболегированной базы.
rpod = 3·10-3 Ом/см - удельное сопротивление низкоомной подложки.
tsh = 10-7 c- время жизни по механизму рекомбинации через ловушки (Шокли).
tB = 3·10-6 c - время жизни носителей в базе.
s = 10 см/с- скорость поверхностной рекомбинации на поверхности базы.
Wepi = 10·10-4 см- толщина эпислоя.
Xj = 2·10-4см- глубина залегания p-n перехода.
d = 0,02 см- толщина подложки.
R = 10-2см - радиус p-n перехода.
S = 0.0049см2- площадь p-n перехода.
Rth = 1К/мВт- тепловое сопротивление диода.
Pmax = 200мВт - максимальная мощность.
e =12- диэлектрическая проницаемость полупроводника.
e0 =8,85·10-14-диэлектрическая проницаемость вакуума.
jT = 0,026В - тепловой потенциал.
ni = 1,5·1010 см-3- собственная концентрация полупроводника.
e = 1,6·10-19Кл- заряд электрона.
Eg = 1,12 эВ- ширина запрещенной зоны кремния при T0.
k = 8,05·10-5 эВ/К- постоянная Больцмана.
CP = 2,8·10-31
tes= 10-7с
Eg0 = 1,12эВ - ширина запрещенной зоны кремния при T=0 К
a = 2,4·10-4- параметр для расчета ∆Eg(T)
aT = 2,4·10-4- температурный коэффициент напряжения.
T0 = 300К - комнатная температура
rske = 10-3- контактное удельное сопротивление (для p+ -области контакта).
rskp = 10-4- контактное удельное сопротивление (для n+ -области контакта).
Tk = 9,8·10-4К-1 - тепловой коэффициент.
Содержание.
Задание. Режимы измерения. Режимы переходных процессов. Температурный диапазон.
1.Технологические основы изготовления диода
1.1 Изготовление подложки 1.2 Эпитаксия 1.3 Окисление 1.4 Литография
1.5 Травление
1.6 Диффузия
1.7 Металлизация
1.8 Скрайбирование
2.Расчет параметров диода
2.1 Расчет конструктивных параметров диода
2.2 Расчет концентрационного профиля и подвижности
носителей заряда
2.3 Расчет обратных токов
2.4 Температурная зависимость обратного тока
2.5 Напряжение пробоя
2.5.1 Температурная зависимость лавинного пробоя
2.5.2 Температурная зависимость теплового пробоя
2.6 Расчет прямого падения напряжения 2.6.1 Температурная зависимость прямого
падения напряжения
2.7 Расчет вольт – фарадной характеристики
2.8 Зависимость добротности от частоты
2.9 Расчет импульсных характеристик
3.Теоретический расчет
3.1 Исходные данные
3.2 Физические константы
3.3 Расчет обратных токов
3.4 Температурная зависимость обратных токов
3.5 Напряжение лавинного пробоя 3.6 Напряжение смыкания базы
3.7 Тепловой пробой, определяемый конструкцией
3.8 Температурная зависимость напряжения пробоя
3.9 Максимально допустимая температура
3.10 Максимальный ток в режиме стабилизации
3.11 Расчет прямого падения напряжения
3.12 Температурная зависимость
прямого падения напряжения
3.13 Расчет вольт – фарадных характеристик
3.14 Расчет добротности
кремниевого диода
3.15 Расчет импульсных характеристик диода
График 2. Зависимость напряжения пробоя от температуры
График 3. Зависимость прямого падения от температуры
График 4. Зависимость емкости диода от обратного напряжения
График 6. Зависимость добротности диода от частоты
при различных температурах
График 7. Зависимость времени восстановления диода от прямого тока
График 8.Зависимость времени восстановления диода от обратного напряжения
Библиографический список.
Информация о работе Расчет параметров кремниевого планарного диода