Решение 1 Концентрацию электронов в n области, которая легирована донорной примесью, определяется выражением

• Название: Решение 1 Концентрацию электронов в n области, которая легирована донорной примесью, определяется выражением
• Дата: 20.11.2022
• Размер: 84.89 Kb.
• Имя файла: fizika_26634.docx
• Тип: Решение; #801819

Задание 2

p-n переход изготовлен на основе Si. , , Т = 300К, эВ, .

1. определить концентрацию основных и неосновных носителей заряда в n области p-n перехода

2.. Определить прямой ток через образец (S = 3 мм²) при U = 0,1 B.

3. Начертить вольтамперную характеристику при двух различных температурах. Объяснить.



Решение:

1)Концентрацию электронов в n области, которая легирована донорной примесью, определяется выражением:



Где - постоянная Больцмана.



Концентрация собственных носителей заряда в полупроводнике:





Для концентрации носителей выполняется закон действующих масс:







Так n область – область с примесью донора, основными носителями в этой области будут электроны, неосновные – дырки.

2) Ток через pn переход I в зависимости от приложенного напряжения U:



Где - заряд электрона, I₀ – обратный ток p-n перехода, образованный неосновными носителями заряда в отсутствие внешнего напряжения и облучения.


Здесь , - коэффициенты диффузии электронов и дырок в кремнии.

Концентрация электронов в р области:



Где концентрация дырок в р области





Соответствующие диффузионные длины L_n и L_p оценим через длину pn перехода. Так как концентрации примесей в каждой из частей равны, равны между собой протяженности pn перехода в областях p и n типа.



Где δ₀ - ширина pn перехода.



Где φ₀ – скачок потенциала в p-n переходе , p_p – концентрация дырок в p области, n_n – электорнгов в n области. ε = 11,7 – диэлекрическая проницаемость кремния. - диэлектрическая постоянная.



Ширина p-n перехода:





Теперь можно найти амплитуду тока:



Ток при прямом напряжении:



3)

При прямом смещении, когда положительный потенциал подан на p-область, дырки устремляются навстречу электронам, которые, преодолевая пониженный потенциальный барьер в области pn-перехода попадают в p-область. При этом происходит рекомбинация электронов и дырок. Вследствие этого "чужие" носители заряда не проникают глубь полупроводников, погибая в области pn-перехода. Протекание тока при этом можно представить в виде двух потоков - электронов и дырок, которые втекают в область рекомбинации с противоположных сторон. С увеличением напряжения возрастают скорости втекающих электронов и дырок и, соответственно, скорость их рекомбинации. При прямом смещении ток проводимости практически не меняется, а диффузионный ток растет экспоненциально (правая ветвь графика).

При обратном смещении pn-перехода основные носители заряда оттягиваются от pn-перехода, высота потенциального барьера для них повышается, поэтому основные носители заряда не участвуют в создании электрического тока. Ток образуется неосновными носителями, концентрация которых гораздо меньше, и определяется их диффузией из нейтральных объемов полупроводника. Поэтому ток, протекающий при обратном смещении, выходит на константу и гораздо меньше тока при прямом смещении.

При подаче на p-n-переход обратного напряжения ток I быстро достигает значения, равного Io, и затем при повышении обратного напряжения остается практически постоянным. Так как неосновных носителей в областях p и n мало, то при обратном включении ток I, обусловленный только неосновными носителями, мал.



При повышении температуры растет собственная электропроводность проводника (увеличивается генерация пар носителей заряда электрон-дырка), растет ток насыщения. Поэтому ВАХ при разных температурах должны выглядеть как на рисунке выше, .