Лабораторная работа: Модели полупроводниковых диодов

Для Ge модель времени жизни носителей описывается формулой Шокли-Рида-Холла:

где Е_t – локальный уровень

Е_i – уровень Ферми собственного п/п

N_t – 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
tнеосн , сек					tнеосн , сек

Т = 300°К; N_Э = 1×10¹⁸ см^-3 ; N_Б = 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 L_{неосн (Б)} >L_(Б) , то диод с короткой базой.

Если L_{неосн (Б)} <L_(Б) , то диод с длиной базой.

В нашем варианте рассматривается диод с короткой базой т.к.

L_{неосн (Б)} = 3,54×10^-5 м, L_(Б) =1×10^-5 м, L_{неосн (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 I_S идеального диода в модели Шокли

Модель тока насыщения идеального диода описывается формулой Шокли:

где S – площадь поперечного сечения перехода

L_P и L_n – диффузионная длина электронов и дырок

t_P и t_P – время жизни электронов и дырок