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

Приложение к курсовому проекту……………………………………………………………..17

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.























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

Ф/см

Дж/град

см-3

























ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИФФУЗИИ

Рассчитаем градиент концентрации по следующей формуле:

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:

см-3



из уравнения

Nисх = C0*Eкр2*exp(-b0/Eкр)

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

b0 = 1,74*106/см]

найдем













Будем проводить диффузию всех примесей при T=1200 ˚C:

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



рассчитаем время диффузии алюминия:

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

см = 14,5076 мкм.

см = 5,15852 мкм.



для диффузии фосфора пусть глубина залегания будет 10 мкм. Тогда:

часов.





Распределения атомов алюминия , бора и фосфора подчиняются закону Гаусса:





Рассчитаем толщину n – области:

см

тогда толщина всей структуры см = 136,25 мкм.



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





Расчет ширины ОПЗ и его зависимость от напряжения

Рассматриваем плавный переход. Используя приближение, что Na(x)=Na_s получим выражение для ϕk:




тогда

см.

Ниже представлен график зависимости ширины ОПЗ от приложенного обратного напряжения.





















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:

а на втором участке:

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

1

0,625927

2

0,605148

3

0,577559

4

0,542735

5

0,500385

6

0,450309

7

0,392365

8

0,326452

9

0,252494

10

0,170434





  1. При положительном смещении.



В.

см.





  1. При отрицательном смещении.



В.

см.







Энергетические диаграммы представлены в приложении на рис.2 – рис. 4.















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

из соотношения Na/Nd = dn/dp :

см.

Таким образом видно, что фактически вся ширина ОПЗ является dn. и тогда построения можно провести только для 0<x<dn.



Все соответствующие графики приведены в приложении на рис.5 – рис.7.

Здесь же для наглядности приведем уменьшенные копии этих графиков:





Расчет и построение ВАХ при нескольких температурах

  1. Расчет обратной ветви.







с учетом выше указанного, что ширина ОПЗ фактически равна dn, преобразуем следующую формулу для расчета обратного тока, а именно: вместо dn поставим в нее значение для ширины ОПЗ:



Приведем здесь для наглядности уменьшенную копию этого графика (построения при температурах 233 К, 273 К и 313 К):



  1. Расчет прямой ветви.



Зададим, что площадь p-n перехода Apn равна 0,01 см2. Затем приведем необходимые формулы для расчета:





Тогда подставив все вышеперечисленные формулы в уравнение для Io, узнаем этот ток. А зная, его, можем рассчитать ток прямой ветви ВАХ:



уравнение для прямой ветви ВАХ:

Так как уравнение для расчета выглядит как U=f(I), легче будет построить график именно в таких координатах. Приведем его уменьшенную копию здесь для наглядности:



Соответствующие расчетам графики представлены в приложении на рис.8 и рис.9.





Расчет барьерной емкости

См. рис.10 в приложении.































Расчет диффузионной емкости

Проведем расчет диффузионной емкости при 300 К. Т.к. в этой формуле стоит ток прямой ветви ВАХ, зная его, можем также определить соответствующие значения напряжения.

Ниже приведены уменьшенные копии графиков диффузионной емкости в зависимости от тока и напряжения, а также таблица некоторых рассчитанных значений.

I, А

U, В

С, Ф

0,1

0,532724

3E-10

0,2

0,550659

6E-10

0,3

0,561151

9E-10

0,4

0,568594

1,2E-09

0,5

0,574368

1,5E-09

0,6

0,579086

1,8E-09

0,7

0,583074

2,1E-09

0,8

0,58653

2,4E-09

0,9

0,589577

2,7E-09

1

0,592303

3E-09



См. также. рис.11 и рис.12 в приложении.















Описание инжекционной способности перехода

Величина эффективности инжекции определяется отношением тока электронов к току дырок.

Полученный результат говорит о низкой инжекционной способности перехода.




Случайные файлы

Файл
32866.rtf
139324.rtf
35057.rtf
14546.rtf
150616.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.