Подборка образцов (Курсач_2003)

Посмотреть архив целиком

Московский Энергетический Институт

(Технический Университет)















Курсовая работа по «физике п/п приборов и

интегральных микросхем».

Тема: «Расчет диода».





Выполнил: ст. гр. ЭЛ-15-04

Гончаров Е.О.

Проверил: преподаватель

Филиков В.А.

















г. Москва, 2008г.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Введение…………………………………………………………………………………………..3

Технологические параметры диффузии………………………………………………………...5

Расчет ширины ОПЗ и его зависимость от напряжения……………………………………….8

Расчет энергетических диаграмм………………………………………………………………..9

Распределение электрического поля, изменение потенциала с расстоянием, распределение пространственного заряда………………………………………………………………………11

Расчет и построение ВАХ при нескольких температурах……………………………………12

Расчет барьерной емкости………………………………………………………………………14

Расчет диффузионной емкости…………………………………………………………………15

Описание инжекционной способности перехода……………………………………………..16

Вывод о проделанной работе…………………………………………………………………...17

Приложение к курсовому проекту……………………………………………………………..18

Литература……………………………………………………………………………………….30





























Введение

Полупроводниковые приборы продолжают завоевывать все новые позиции в электронике и электротехнике. В основе изучения большинства полупроводниковых приборов остается плоскостной полупроводниковый диод, как классический образец для анализа и понимания явлений, протекающих в п/п элементах с p-n переходами. Диоды входят практически во все п/п устройства. Наибольшее распространение получили кремниевые диоды, особенно в преобразовательной технике. Выпрямительные устройства на базе, например, кремниевых диодов характеризуются высоким коэффициентом полезного действия, малыми габаритами, малым весом, простотой эксплуатации.

Существует несколько способов получения p-n перехода: сплавной переход, диффузионный, диффузионный планарный на эпитаксиальной подложке, ионно-имплантированный. Применение метода высокотемпературной диффузии позволяет более точно управлять распределением примеси, получать p-n переход на заданной глубине, возможность получить на п/п материале с исходной концентрацией Nисх различные напряжения пробоя. Легирующие элементы должны иметь достаточно высокую скорость диффузии и хорошую растворимость в п/п при температуре диффузии.

При производстве диода на кремнии n-типа при формировании структуры p+-n-n+ в качестве диффундирующих атомов примесей используют атомарные бор, алюминий и фосфор. В качестве исходного диффузанта используют спиртовой раствор Al2(NO3)2 совместно с B2O3, нанесенный на механически шлифованную поверхность кремния. Диффузия фосфора проводится из химически высаженного на кремнии никеля. Метод такого формирования p+-n перехода позволяет: регулировать напряжение пробоя за счет за счет изменения градиента концентрации примеси в p+-n переходе, который обусловлен диффузией атомов алюминия, обеспечивать малые падения напряжения на невыпрямляющих контактах «Ме-п/п»за счет большой поверхностной концентрации атомов бора.

Целью работы является конструирование полупроводникового диода, рассчитанного на пробивное напряжение 1000 В, а именно: расчет технологических параметров диффузии, расчет ширины ОПЗ, построение энергетических диаграмм, расчет барьерной и диффузионной емкостей, расчет ВАХ такого диода.

















Исходные данные:

Uпроб = 1000 В

Тпред = 120 ˚С

Iобр < 20 мА

Iпр = 1 мА

Si, n-тип.



Вспомогательные величины:

см2/В*с

см2/В*с

[2].

Ф/см

Дж/град

см-3

























ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИФФУЗИИ

Рассчитаем градиент концентрации по следующей формуле:

[3].

тогда

Оценим необходимое удельное сопротивление кремния: Uпроб = 86ρ0,65 . Тогда Ом*см.

Исходя из этого выбираем марку кремния КЭФ 45 группа 2В.



Рассчитаем концентрацию носителей заряда и критическую напряженность электрического поля при данной концентрации:

[1].

см-3



из уравнения

Nисх = C0*Eкр2*exp(-b0/Eкр) [1].

при известных C0 = 3,15*107 [1/(В2*см)]

b0 = 1,74*106 [В/см]

найдем













Будем проводить диффузию алюминия и бора при T=1200 ˚C. Диффузия фосфора проводится при T=1100˚C, т.к. если проводить ее при 1200˚С, будет происходить разгонка примеси алюминия.

ниже приведены значения для коэффициентов диффузии бора, фосфора и алюминия, а также их поверхностные концентрации при выбранных температурах диффузии:

[4].



рассчитаем время диффузии алюминия:

[1].

диффузию бора и фосфора тогда будем также проводить 1,2 часа. Глубина залегания примесей равна:

см = 14,5076 мкм. [1].

см = 5,15852 мкм.

см = 3,335165 мкм.



Распределения атомов алюминия , бора и фосфора подчиняются закону Гаусса:

[1].



Рассчитаем толщину n – области:

см [4].

тогда толщина всей структуры см = 129,59 мкм.



Итоговое распределение примесей в структуре см. в приложении рис.1.





Расчет ширины ОПЗ и его зависимость от напряжения

Используя приближение, что Na(x)=0,7*Na_s получим выражение для ϕk:


[3].

тогда для плавного прехода [3].

а для резкого перехода

см.

Ниже представлена уменьшенная копия графика зависимости ширины ОПЗ от приложенного обратного напряжения.

Как видно из графика, напряжение, при котором зависимость ширины ОПЗ для плавного перехода переходит в зависимость для резкого перехода, составляет -38,382009 В. При этом сама ширина ОПЗ равна 2,210597*10-3 см.



См. этот график также в приложении рис.2.











Расчет энергетических диаграмм

  1. При нулевом смещении.



а) расчет для p – области.



см.

На первом участке, когда концентрация бора превышает концентрацию алюминия, производим расчеты по формуле:

[3].

а на втором участке:

[3].

Некоторые результаты представим в виде таблицы:

p - область

x, мкм

Ef-Ei

B

0

0,622496

1

0,589588

2

0,532545

Al

3

0,508142

4

0,49328

5

0,475898

6

0,455912

7

0,433254

8

0,407873

9

0,379724

10

0,348774

11

0,314994

12

0,278361

13

0,238856

14

0,196462















б) расчет для n+ - области (легированной фосфором).

n - область

x, мкм

Ef-Ei

P

0

0,640518

0,3

0,62766

0,6

0,609855

0,9

0,586623

1,2

0,557624

1,5

0,52262

1,8

0,481437

2,1

0,433952

2,4

0,380074

2,7

0,319734

3

0,252879





  1. При положительном смещении.



В.

см.





  1. При отрицательном смещении.



В.

см.







Энергетические диаграммы представлены в приложении на рис.3 – рис. 5.















Распределение электрического поля, изменение потенциала с расстоянием, распределение пространственного заряда.

Так как при определенном напряжении у нас ширина ОПЗ будет определяться не плавным переходом, а уже резким, эти распределения будут выглядеть различно для различных напряжений. Построим их для напряжения пробоя.

Графики зависимости распределения поля и потенциала будут иметь 3 характерные точки. Рассчитаем их.



[3].



Зависимости поля на участках между этими точками имеют следующий вид (необходмо помнить, что расчет для x1 ведется по абсолютному значению. Значит, для расчета поля на участке от x1 до 0 берем отрицательное значение x1):

[3].

Решив соответствующее уравнение Пуассона для этих участков, получим также распределение потенциала. См. рис.6 и рис.7 в приложении.

Распределение поверхностного заряда определяется разностью концентраций акцепторов:

См. рис.8 в приложении.









Расчет и построение ВАХ при нескольких температурах


Случайные файлы

Файл
83649.rtf
90081.rtf
182464.rtf
29601.rtf
141246.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.