Расчет полупроводникового диода с p-n переходом

 

 

Содержание

 

1. ПОСТРОЕНИЕ  ЗОННОЙ ДИАГРАММЫ…………………………………………………………………………3
2. ПОСТРОЕНИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ВАХ) ИДЕАЛЬНОГО ДИОДА….4
3. ПОСТРОЕНИЕ ВОЛЬТ-ФАРАДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ВФХ) ИДЕАЛЬНОГО ДИОДА….6
4. РАСЧЁТ ТОКА РЕКОМБИНАЦИИ В ОБЛАСТИ ОБЪЁМНОГО ЗАРЯДА…………………………..7
5. ПЛОТНОСТЬ ТОКА ПРИ ВЫСОКОМ УРОВНЕ ИНЖЕКЦИИ……………………………………………9
6. ПОСТРОЕНИЕ ПОЛНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ВАХ) С УЧЕТОМ РЕКОМБИНАЦИИ И ВЫСОКОГО УРОВНЯ ИНЖЕКЦИИ……………………………………..……….10
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……..……………………………………………………………………………………………………….11
8. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….………12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПОСТРОЕНИЕ ЗОННОЙ ДИАГРАММЫ

 

Si

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Зонная диаграмма

 

 

 

2. ПОСТРОЕНИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ВАХ) ИДЕАЛЬНОГО ДИОДА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. ВАХ идеального диода

 

Рис. 3. ВАХ идеального диода в  полулогарифмическом масштабе

 

 

 

3. ПОСТРОЕНИЕ ВОЛЬТ-ФАРАДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ВФХ) ИДЕАЛЬНОГО ДИОДА

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. ВФХ идеального диода

 

Рис. 5. ВФХ идеального диода

 

 

 

4. РАСЧЁТ ТОКА РЕКОМБИНАЦИИ В ОБЛАСТИ ОБЪЁМНОГО ЗАРЯДА

 

 

 

 

 

Рис. 6. Рекомбинационный ток в p-n переходе (U>0)

 

Рис. 7. Рекомбинационный ток в p-n переходе (U>0) для прямой ветви в полулогарифмическом масштабе

 

Рис. 8. Рекомбинационный ток в p-n переходе (U<0)

 

 

5. ПЛОТНОСТЬ ТОКА ПРИ ВЫСОКОМ УРОВНЕ ИНЖЕКЦИИ

 

Уровень инжекции высокий, когда

 

 

Это происходит, когда

 

 

 

 

т.к. , условие выполняется только для первого выражения, соответственно, значение плотности тока при высоком уровне инжекции будем искать через:

 

 

Рис. 9. Плотность тока при высоком  уровне инжекции

 

 

6. ПОСТРОЕНИЕ ПОЛНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ВАХ) С УЧЕТОМ РЕКОМБИНАЦИИ И ВЫСОКОГО УРОВНЯ ИНЖЕКЦИИ

 

 

Низкий и средний уровень  тока:

 

Где рекомбинационный ток  при малых значениях напряжения:

 

Высокий уровень тока:

 

Где плотность тока при  высоком уровне инжекции:

 

Рис. 10. Полная ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе. Красная кривая – рекомбинационный ток. Синяя кривая - низкий и средний уровень тока. Черная кривая - высокий уровень тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе данной рассчитаны параметры, по которым была построена зонная диаграмма p-n перехода. Были определены электрофизические свойства полупроводника, построена ВАХ, ВФХ идеального диода и полная ВАХ диода с учетом рекомбинации и высокого уровня инжекции.

В результате проверки условий n- и p- частей перехода было реализовано условие односторонней инжекции дырок. При положительном внешнем напряжении дырки из p-области инжектируются в n-область и становятся там неосновными и неравновесными носителями. Они рекомбинируют с электронами, концентрация которых в n-области велика, вследствие чего новые дырки могут легко входить в p-область. На полной ВАХ диода мы видим, что наиболее велик ток инжекции при больших внешних напряжениях. При увеличении напряжения растет ток рекомбинации, но при достаточно больших напряжениях вклад тока рекомбинации падает и преобладает вклад тока инжекции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников / Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. – М.: Наука, 1977. – 678 с.
2. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. Т.1
3. В. А. Гуртов. Твердотельная электроника. Техносфера, М., 2008
4. http://dssp.petrsu.ru/book/main.shtml