Сравнительная характеристика реального и идеального диода

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Владимирский Государственный Университет

Кафедра КТРЭС

Лабораторная работа №2

 по дисциплине «Физические основы микроэлектроники»

на тему:

Сравнительная характеристика реального и идеального диода

Выполнил:

студент группы РЭ-104

Проверил:

Владимир 2006

1 Постановка задачи

Построить и сравнить вольтамперные характеристики р—п – перехода реального и идеального диода с заданным  обратным током .

2  Теоретическое введение

Прямая ветвь p-n перехода идеального диода строится по формулам:

,                             (1)

Основными причинами отличия ВАХ р—п – перехода реального диода от  идеального являются неучитываемые процессы рекомбинации носителей в обедненном слое и распределенное сопротивление базы.

В данной работе будем исследовать зависимость ВАХ от сопротивления базы и отличие идеальной ВАХ и реальной ВАХ за счет падения напряжения на базе. А также зависимость сопротивления базы от концентрации носителей. С учётом падения напряжения на базе прямая ветвь ВАХ соответствует зависимостям:

,                         (2)

Полупроводник n-типа является базой, тогда R_б находится по формуле:

,                                                    (3)

где  - удельное объемное сопротивление n-области,  - толщина базы  (n-области),  - площадь базы.

Удельное объемное сопротивление n-области можно найти как

,                                              (4)

где  - заряд электрона(),  - подвижность электронов,  - концентрация электронов.

С учётом этого выражение для сопротивления базы будет иметь вид:

                                                  (5)

3  Математическое решение

По заданию строим две ВАХ р-n –перехода: реального и идеального диода при значении обратного тока I_обр=10 мкА.

ВАХ p-n перехода идеального диода строится по формуле (1).

ВАХ реального диода строится по формулам (2) с учётом того, что сопротивление базы рассчитывается по выражению (5).

Для построения необходимо задаться необходимыми параметрами (рассматривается кремниевый полупроводник): толщина базы , подвижность электронов , площадь базы , заданный обратный ток  I_обр=10 мкА. Построение будем вести для различных концентраций носителей в области базы.

Рисунок-1  ВАХ  р-п – переходов идеализированного диода (1)  согласно формуле (1)  и реальных диодов(2,3) согласно формулам (2) при различных концентрациях носителей в области базы: 3-0,5×10²³м^-3, 2-10²³м^-3.

При значении тока 0,6А и концентрации электронов 10²³м^-3 напряжение идеального диода:

, реального:

        Падение напряжения при этом на базе составляет 0,053В. Сопротивление базы равно 0,088Ом.

Согласно графику, при тех же исходных данных на базе падает напряжение 0,05В, а её сопротивление равно 0,083Ом.

Таким образом, определённые по графику значения совпадают с рассчитанными по формулам, что подтверждает правильность построения ВАХ.

4  Выводы

Вольтамперная характеристика р-п перехода диода, что видно из рисунка 1, в сильной степени зависит от концентрации носителей в области базы. При концентрации 10²³м^-3 и при значении прямого тока 0,6А падение напряжения  в области базы составляет 0,053В, при падении напряжения на переходе 0,275В. При увеличении концентрации напряжение базы будет уменьшаться и реальная характеристика будет практически совпадать с идеальной. При меньших же концентрациях характеристики существенно различаются и падением напряжения в области базы пренебрегать нельзя.