Расчет полупроводников

 

 

          Содержание

Введение………………………………………………………………………4

 1. Расчет температурной зависимости концентрации равновесных  носителей заряда в собственном  полупроводнике…………..…………….…..…5

 2. Расчет температурной зависимости уровня Ферми в собственном полупроводнике…………………………………………………………………..…6

 3. Расчет температуры ионизации донорной примеси Тs и ионизации основного вещества Тi в полупроводнике n тока методом последовательных приближений………………………………………………………………………...7

 4. Расчет температуры ионизации Тs и Тi в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений………………….....9

 5. Расчет температурной зависимости положения уровня Ферми Ef(T) в донорном полупроводнике………………………………………………………...11

 6. Расчет критической концентрации вырождения донорной  примеси……………………………………………………………………………..14

 7. Расчет равновесной концентрации основных и неосновных носителей тока в p-n и n – областях p-n перехода при температуре Т=300К.....15

 8. Нахождение высоты потенциального барьера равновесного p-n-перехода и контактную разность потенциалов…………………………………..16

 9. Нахождение положения уровней Ферми в p-n-перехода и n-областях относительно потолка зоны проводимости и дна валентной зоны соответственно……………………………………………………………………..16

 10. Нахождение толщины p-n-перехода в равновесном состоянии (Т=300К)………………………………………………………………………….....17

 11. Определение толщины пространственного заряда в p-n-областях..17

 12. Построение графика 5 «Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии»…………………………………………………………..18

 13. Нахождение максимальной напряженности электрического поля   в равновесном p-n-переходе. Построение графика 6 «Зависимость напряженности электростатического поля от расстояния в p-n-переходе»…... 19

 14. Нахождение падение потенциала в p-n-областях пространственного заряда p-n-перехода………………………………………… 19

 15. Построение графика 6 «Зависимость потенциала в p-n-областях от расстояния»…………………………………………………………………………19

 16. Вычисление барьерной емкости p-n-перехода в расчете на S=1 см²…………………………………………………………………………………...20

 17. Вычисление коэффициента диффузии для электронов и дырок ( в см²/с) и диффузионную длину для электронов и дырок……………………….  21

 18. Вычисление электропроводности и удельного сопротивления собственного полупроводника, полупроводника n-и p-типа……………………22

 19. Определение величины плотности обратного тока p-n-перехода....22

 20. Построение обратной ветви ВАХ p-n-перехода, Т=300 К………....23

 21. Построение прямой ветви ВАХ p-n-перехода, Т=300 К…………...24

 22. Вычисление отношения jпр/jобри…………………………………. 25

Заключение……………………………………………………………….…26

Список литературы………………………………………………………....27 
Введение

Прогресс неустанно идет вперед, появляются все новые и новые технологии, сложные, и использующиеся практически повсеместно. Вся современная электроника строится на полупроводниковых элементах. Поэтому знание характеристик и параметров полупроводников- это обязательное условие для специалиста в области телекоммуникаций. Целью курсовой работы ставится изучение теоретического материала физики твердого тела, физики полупроводников, которые объясняют сложные процессы, происходящие в полупроводниковых структурах, а также применение знаний на практике, расчете параметров полупроводниковых элементов.

 

 

 

  1. Расчет температурной зависимости концентрации равновесных  носителей заряда в собственном  полупроводнике.

 

 

 а)расчет

Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

T,K	1/T,	KT, эВ		ln
75	0,013333333	0,006463031	356907,5952	12,78523219
100	0,01	0,008617375	2,28947E+10	23,85417134
120	0,008333333	0,01034085	6,14317E+12	29,44636169
150	0,006666667	0,012926063	1,75244E+15	35,09978504
200	0,005	0,01723475	5,50727E+17	40,85001617
300	0,003333333	0,025852126	2,06519E+20	46,77692185
400	0,0025	0,034469501	4,54266E+21	49,86779897
500	0,002	0,043086876	3,13069E+22	51,7981267

 

 

б) График зависимости равновесной конфигурации носителей тока от температуры в координатах .

 

График 1.

в) Проверка правильности построения графика, выполнением обратной задачи. Нахождение погрешности δ(∆Е).

 

 

 

 2. Расчет температурной зависимости уровня Ферми в собственном полупроводнике.

Расчётная формула:       ;      

а) расчета:  

 Результаты расчетов представлены в таблице 2.

 Таблица 2.

 

T,K	KT, эВ	Ef, эВ	Ef/Ef
100	0,008617375	0,272379466	99,04707865
200	0,01723475	0,269758933	98,09415729
300	0,025852126	0,267138399	97,14123594
400	0,034469501	0,264517865	96,18831459
500	0,043086876	0,261897331	95,23539324

 

б) Построение графика 2: «Зависимость Ef(T) в собственном полупроводнике.

График 2.

 

 

 

 3. Расчет температуры ионизации донорной примеси Тs и ионизации основного вещества Тi в полупроводнике n тока методом последовательных приближений.

В качестве начальных температур использовать значения Ti =400К,

Ts=50 К.

Расчётные формулы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример:

.

Таблица 3.

N приближ.	1	2	3	4	5	6
Ti, K	400	571,950494	521,789075	533,806263	530,7739	531,5293
	1,79558792	3,07011289	2,67521790	2,76816636	2,744612	2,750474
	0,97739426	1,67115778	1,45620418	1,50679891	1,493977	1,497168

 

7	8	9	10	11	12	13
531,340541	531,387692	531,375915	531,378856	531,378122	531,3783	531,3783
2,74900873	2,74937466	2,74928326	2,74930609	2,74930039	2,749302	2,749301
1,49637082	1,49657001	1,49652025	1,49653268	1,49652958	1,49653	1,49563

                                     

б) расчёт температуры Ts для донорного полупроводника.

Пример:

 

 

 

 

Таблица 4.

N приближ.	1	2	3	4	5	6	7
,K	50,000	33,562	40,580	36,904	38,655	37,780	38,207
	7,935	4,364	5,802	5,032	5,394	5,212	5,301

 

8	9	10	11	12	13	14	15
37,996	38,100	38,049	38,074	38,061	38,067	38,064	38,066
5,257	5,278	5,268	5,273	5,270	5,272	5,271	5,271

 

 4. Расчет температуры ионизации Тs и Тi в акцепторном полупроводнике методом последовательных приближений.

Расчетные формулы: 

 

 

А)Расчёт температуры Ti для акцепторного полупроводника.

Таблица 5.

 

N приближ.	1	2	3	4	5	6
Ti, K	400	653,082931	567,655881	589,714252	583,5478	585,235187
	1,79558792	3,74601222	3,03559901	3,21424609	3,163962	3,17769590
	0,97739426	2,03907078	1,65237080	1,74961396	1,722243	1,72971856

 

7	8	9
584,770714	584,8983587	584,8632643
3,17391368	3,174952947	3,174667201
1,72765979	1,728225484	1,728069944

 

 

Б)Расчёт температуры Ts для акцепторного полупроводника:

 

 

 

Таблица 6.                                                                                                               

 

N приближ.	1	2	3	4	5	6
,K	50	107,633595	70,19490048	87,0823738	77,65981249	82,39574
	4,319513217	13,64273898	7,185188145	9,92830681	8,361309648	9,137702

 

 

 5. Расчет температурной зависимости положения уровня Ферми Ef(T) в донорном полупроводнике.

а) для низкотемпературной области используется формула:

Таблица 7.

T, K	5	10	20	30	40
KT, эВ	0,000430869	0,000861738	0,001723475	0,002585213	0,00344695
	2,50941E+22	7,09768E+22	1,82959E+23	1,30393E+23	2,00753E+23
	-0,005000809	-0,005449602	-0,006339402	-0,007795263	-0,009470736

 

50	42,967
0,004308688	0,003702597
2,80561E+23	2,23496E+23
-0,01130951	-0,010000989

 

 

 

График 3.

 

 

 

б) Низкотемпературная область

 

 

в) Область средних температур:

Таблица 8.

 

T, K	100	150	200	250	300	350
KT, эВ	0,008617375	0,012926063	0,01723475	0,021543438	0,025852126	0,030160813
	2,24448E+24	4,12338E+24	6,34836E+24	8,87211E+24	1,16627E+25	1,46967E+25
, эВ	-0,03278229	-0,057035037	-0,083483909	-0,111565805	-0,140949066	-0,171414541