Курсовая работа: Расчет выпрямительного диффузионного диода

Для нахождения U_FM при выбранном значении диаметра выпрямительного элемента по формуле (1.4.5) рассчитывается активная площадь структуры, а затем определяется максимальное значение плотности тока в прямом направлении

. (1.5.1)

Далее исходя из ВАХ диода единичной площади по (1.4.7) находится значение прямого падения напряжения U_FM . К нему можно добавить падение напряжения на омических контактах, не учитываемое в вышеуказанных выражениях. Для силовых выпрямительных диодов оно составляет 0,05 В.

По обратному току ограничивающим параметром обычно является повторяющийся импульсный обратный ток диода I_RRM — наибольшее мгновенное значение обратного тока, обусловленное повторяющимся импульсным обратным напряжением U_RRM . Измеряется I_RRM при максимально допустимой температуре перехода T_jm .

Обратный ток реального диода состоит из нескольких составляющих:

I_R = I_S + I_g + I_УТ + I_ПОВ + I_КАН , (1.5.2)

где I_S — ток насыщения; I_g — ток термогенерации; I_УТ — ток утечки по поверхности; I_ПОВ — поверхностный ток; I_КАН — канальный ток.

Некоторые из них, такие, как I_УТ и I_КАН аналитически не рассчитываются. Поверхностный ток содержит трудно определяемую скорость поверхностной рекомбинации. Поэтому при расчете обратного тока обычно ограничиваются двумя составляющими — током насыщения и генерационным током.

Ток насыщения — это ток, обусловленный носителями заряда, экстрагируемыми обратносмещённым р — n-переходом из базовых областей. Наиболее общее выражение для плотности тока насыщения, имеет вид:

. (1.5.3)

где n_i -собственная концентрация, – диффузионная длина.

В диффузионных р — n-переходах обычно диффузионная область получается значительно сильнее легированной, чем другая базовая область, представляющая собой исходный материал. В этом случае в выражении для плотности тока насыщения одной составляющей (электронной для р⁺ - n-перехода и дырочной для n⁺ — p-перехода) можно пренебречь.

Температурная зависимость параметров, входящих в (1.5.3) представлена ниже.

, (1.5.4)

, (1.5.5)

, (1.5.6)

где T_n =T/300; T- температура по шкале Кельвина.

Плотность генерационного тока, как правило, вычисляется в предположении, что энергетические уровни генерационно-рекомбинационных центров находятся вблизи середины запрещенной зоны:

. (1.5.7)

где l (U_RRM ) — ширина области объемного заряда при повторяющемся импульсном обратном напряжении.

Для экспоненциального р — n-перехода ширина области объемного заряда может быть найдена по формулам [1]:

при l > 4 λ , (1.5.8)

при l ≤ 20 λ . (1.5.9)

Если расширение области объемного заряда в базу ограничивается сильнолегированной n⁺ или р⁺ - областью то после определения l следует вычислить распространение области объемного заряда в базовые области по формулам:

, (1.5.10)

. (1.5.11)

И если l_n при напряжении U_RRM окажется больше d_n (см. рисунок 1.4.1 ), то ширину области объемного заряда следует найти по формуле

, (1.5.12)

Генерационное время жизни τ_g обычно принимается равным времени жизни носителей заряда в базовых областях. Если эти значения различаются, то в качестве τ_g берется среднее геометрическое от времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях