Лабораторная работа: Модели полупроводниковых диодов
Для Ge модель времени жизни носителей описывается формулой Шокли-Рида-Холла:
где Еt – локальный уровень
Еi – уровень Ферми собственного п/п
Nt – концентрация ловушек
s - сечение захвата.
Эмиттер | База | ||||||||||||
Т°,К | tнеосн , сек | N/5 | N | 5N | N/5 | N | 5N | ||||||
2×1017 | 1×1018 | 5×1018 | 4×1014 | 2×1015 | 1×1016 | ||||||||
300 | 2,5×10-9 | 5×10-10 | 1×10-10 | 1,37×10-6 | 2,55×10-7 | 5,02×10-8 | |||||||
400 | 2,52×10-9 | 5,01×10-10 | 1×10-10 | 2,46×10-6 | 3,99×10-7 | 5,74×10-8 | |||||||
500 | 2,68×10-9 | 5,07×10-10 | 1×10-10 | 2,5×10-6 | 4,98×10-7 | 9,11×10-8 | |||||||
|
|
Т = 300°К; NЭ = 1×1018 см-3 ; NБ = 2×1015 см-3 .
NЭ | NБ | ||
Ge | tнеосн , сек | 5×10-10 | 2,55×10-7 |
Si | 5×10-10 | 2,54×10-7 |
При увеличение сечение захвата на 1% (при фиксированных N и Т=300°К) время жизни неосновных носителей в базе уменьшается на 1%.
Время жизни определяется количеством и типом рекомбинации ловушек. Оно max в собственном п/п. С увеличением Т затрудняется захват носителей на уровни, поэтому их время жизни растет.
В реальных п/п время жизни неравновесных носителей заряда может составлять 10-2 ¸10-10 с.
2. Исследование свойств диффузионной длины неосновных носителей
Модель диффузионной длины неосновных носителей определяется выражением:
где D – коэффициент диффузии
t - время жизни носителей.
Эмиттер | База | ||||||
Т°,К | N/5 | N | 5N | N/5 | N | 5N | |
2×1017 | 1×1018 | 5×1018 | 4×1014 | 2×1015 | 1×1016 | ||
300 | Lнеосн , см | 4,18×10-4 | 1,61×10-4 | 5,57×10-5 | 8,42×10-3 | 3,54×10-3 | 1,4×10-3 |
400 | 3,3×10-4 | 1,27×10-4 | 4,39×10-5 | 8,89×10-3 | 3,49×10-3 | 1,18×10-3 | |
500 | 2,83×10-4 | 1,06×10-4 | 3,65×10-5 | 7,45×10-3 | 3,24×10-3 | 1,23×10-3 |
Если Lнеосн (Б) >L(Б) , то диод с короткой базой.
Если Lнеосн (Б) <L(Б) , то диод с длиной базой.
В нашем варианте рассматривается диод с короткой базой т.к.
Lнеосн (Б) = 3,54×10-5 м, L(Б) =1×10-5 м, Lнеосн (Б) >L(Б) ).
Lнеосн (Э) , см | |
Ge | 1,609×10-4 |
Si | 5,913×10-5 |
При смене типа материала с Ge на Si диффузионная длинна неосновных носителей в эмиттере уменьшается.
При увеличении сечения захвата на 1% (при фиксированных N и Т=300°К) диффузионная длина неосновных носителей в базе уменьшается на 0,56%.
Чем меньше примесей и дефектов в полупроводнике, тем больше время жизни носителей, и соответственно диффузионная длина этих носителей.
3. Исследование модели тока насыщения IS идеального диода в модели Шокли
Модель тока насыщения идеального диода описывается формулой Шокли:
где S – площадь поперечного сечения перехода
LP и Ln – диффузионная длина электронов и дырок
tP и tP – время жизни электронов и дырок