Рисунок 3.2  Зависимость подвижности электронов и дырок от концентрации примеси кремния  при 300К

Тепловой ток диода I_до, А :

       (3.3)

где    — концентрация собственных носителей в полупроводнике;

— площадь  p-n  перехода.

Контактная разность потенциалов φ_к, В:

                       (3.4)

Барьерная емкость диода С_б0, Ф:

                                                                                                          (3.5)

Сопротивление базы диода R_б, Ом:

                (3.6)

где  — удельное сопротивление базы диода, определяем по рисунку 3.3 .

Рисунок 3.3   Зависимость удельного сопротивления германия и кремния от концентрации примеси при 300К

3.3 Расчет параметров и характеристик диода

Напряжение прокола U_прок , В:

                (3.7)

Напряжение лавинного пробоя U_л, В:

                                (3.8)

Рабочее обратное напряжение U_обр, В:

                       (3.9)

где    0,7 - коэффициент запаса.

Толщина обедненного слоя l, см:

Генерационный ток перехода I_г, А

                   (3.10)

Коэффициент лавинного умножения М:

                                     (3.11)

где n – эмпирическая константа, для n-Si   n=5.

Обратный ток диода

                      (3.12)

Диффузионная длина неравновесных носителей cм:

                                (3.13)

Находим  и

                                                                      (3.14)

                                                (3.15)

По графикам (рисунок 3.2) определяем подвижности электронов и дырок: μ_n=1320 см²/(В*с); μ_p=470 см²/(В*с).

Максимальный прямой ток диода и максимальное прямое падение напряжения находят из условия равенства мощности, выделяющейся при протекании тока через диод, и тепловой мощности, отдаваемой в окружающую среду:

Электрическая мощность, выделяющаяся при протекании тока:

Тепловая мощность, отдаваемая в окружающую среду, определяется перепадом температур между  p-n переходом и внешней поверхностью корпуса и тепловым сопротивлением корпуса диода.

Равенство величин   и   дает уравнение

                                                                     (3.16)

Определяем

                                        (3.17)

По ВАХ диода с помощью компьютера находим произведение I =75,4 А ;  U =0,99 В.

Падение напряжения диода для тока I :

                                                  (3.18)

          Находим   A:

              (3.19)

Определяем коэффициент

                                        (3.20)

Зависимость  описывается соотношением, Ом:

        (3.21)

Максимальная плотность тока p-n перехода ²:

                                                               (3.22)

Прямая ветвь ВАХ диода определяется с помощью соотношения:

 ,    где ,                    (3.23)

Результаты расчетов токов и напряжений оформлены в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1  Прямая  ВАХ диода

Рисунок 3.4  График зависимости U_д= f(I_д) для прямого напряжения на диоде

Обратную ветвь ВАХ рассчитаем с помощью соотношения:

,                                                                         (3.24)

где

 ,                                                                                          (3.25)

                   (3.26)

                                     (3.27)

Таблица 3.2   Обратная ветвь ВАХ диода

Рисунок  3.5   График обратной ветви ВАХ диода I_обр=f(U_обр)

Зависимость   описывается формулой:

                             (3.28)

Результаты расчётов генерационных токов диода представлены в таблице 3.3. На основании полученных данных построена зависимость  I_г=f(U_обр) (рисунок 3.6).

Таблица 3.3   Зависимость I_г=f(U_обр)

Рисунок 3.6   График зависимости I_г=f(U_обр)

Зависимость  коэффициента лавинного умножения от обратного напряжения на диоде описывается формулой:

                                                    (3.29)

Таблица 3.4   Зависимость М=f(U_обр)

Рисунок 3.7   График зависимости М=f(U_обр)

Зависимость I_до = f (T) теплового тока диода описывается формулой:

                                               (3.30)

где               I_до (T_o)  – ток диода при температуре Т=300^о С;

         α_si = 0,16 К^-1;

         ΔT = 20° К.

Таблица 3.5   Зависимость I_до = f (T)

Рисунок 3.8   График зависимости I_до = f (T)

Температурную зависимость обратного тока рассчитываем по формуле:

                                              (3.31)

где Т*=10° К. Температурную зависимость обратного тока следует рассчитывать для температур в диапазоне 300…420 К. Обратное напряжение принять равным  рабочему обратному напряжению  [6].

Таблица 3.6   Зависимость I_обр = f (T)

Рисунок 3.9   График зависимости I_обр = f (T)

4  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК МДП-ТРАНЗИСТОРА

Исходные данные для расчетов:

Z_к=1500*10^-4 см   — ширина п/п структуры;

L_k=6*10 ^-4 см         — длина канала;

d=0,16*10^-4 см        — толщина оксидного слоя (изолятора затвора);

N_a=6*10¹⁵ см ^-3          — концентрация акцепторов в подложке;

N_пов=1,2*10¹¹ см ^-2 — поверхностная плотность зарядов;

h_ист=4*10^-4 см         — толщина истока;

L_ист=7*10^-4 см         — длина истока;

h_cток=4*10^-4 см      — толщина стока;

L_сток=7*10^-4 см      — длина стока;

R_t=40 К/Вт           — тепловое сопротивление корпуса.

Напряжение смыкания, В:

                   (4.1)

где            q — заряд электрона;

                  j _f  = 0,38 В — потенциал уровня Ферми.

         Удельная емкость «затвор-канал», Ф:

                                                       (4.2)

где            

Ширина обедненного слоя в канале при U_зи =0, м:

                                        (4.3)

Плотность заряда нескомпенсированных ионизированных атомов примеси в подложке, Кл/см²:       

                                   (4.4)

Плотность заряда на границе диэлектрик-полупроводник, Кл/см²:

                                           (4.5)

Крутизна, А/В:

               (4.6)

где ²∙В^-1∙с^-1— подвижность электронов в канале.

Пороговое напряжение транзистора, В:

       (4.7)

Коэффициент К:

                            (4.8)

Паразитные емкости затвора, Ф:

                    (4.9)

где    S_з=Z_k*L_k — площадь затвора.

Сопротивление стока и истока, Ом:

                                              (4.10)

где    — удельное сопротивление канала.

Таблица 4.1  Передаточная характеристика полевого транзистора

    На рисунке 4.1 построено семейство передаточных характеристик транзистора для значений напряжения между стоком и истоком 1, 2, 4 В. 

Рисунок  4.1  Стоко-затворная характеристика полевого транзистора

Семейство стоковых (выходных) характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом строим путём совмещения двух областей его ВАХ: триодной и области насыщения.

Таблица  4.2  Семействo стоковых характеристик МДП-транзистора

Рисунок  4.2  Семействo выходных  вольт-амперных характеристик полевого транзистора

ВЫВОДЫ

В результате расчетов параметров и характеристик полупроводниковых приборов были получены результаты, не противоречащие справочным данным.

При расчете параметров и характеристик полупроводникового выпрямительного диода обратный ток p-n перехода от обратного напряжения.

В ходе расчетов параметров и характеристик МДП-транзистора были получены значения основных параметров: пороговое напряжение , напряжение смыкания  r_и=r_с=42,07 Ом. В результате построений характеристик МДП-транзистора были получены типичные вольтамперные характеристики транзистора МДП-типа с индуцированным каналом n-типа.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что полупроводниковый выпрямительный диод можно использовать в качестве вентиля, так как обратный ток через диод при расчете оказался равным

Список ссылок

1.     Исаков Ю.А., Руденко В.С. Промышленная электроника на базе полупроводниковой техники — М.: Высшая школа, 1975г. — 328с.

2.     Тугов Н.М., Глебов Б.А. Полупроводниковые приборы — М.:Энергоатомиздат,1990г.— 576с.

3.     Батушев В.А. Электронные приборы – М.: Высшая школа,1980г.— 383с.

4.     Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника – М.: Высшая школа,1991г.— 617с.

5.     Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы – М.: Высшая школа,1987г.— 479с.

6.     Методические указания к курсовому  проектированию по курсу “ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА” / Сост.: А.В. Переверзев,

     О.Н. Переверзева — Запорожье: ЗГИА, 2000. – 36 с.