Изучение электрофизических свойств и параметров собственных и примесных полупроводников

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Средства связи и информационная безопасность»
Специальность «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему: Изучение электрофизических свойств и параметров собственных и примесных полупроводников и электронно-дырочных (p-n) переходов, изготовленных на их основе.



по дисциплине: Физические основы электроники





Разработал студент:
РТИ-213
Руководитель проекта:



Омск 2014

Задание к выполнению курсовой работы
Целью данной контрольной работы является изучение электрофизических свойств и параметров собственных и примесных полупроводников и электронно-дырочных (p-n) переходов, изготовленных на их основе, а также приобретение навыков их расчёта.
1. Исходные данные

1.1. Материал полупроводника – германий (Ge) .
1.2. Концентрации примесей: в электронном полупроводнике – и в дырочном полупроводнике – .
1.3. Рабочая температура t – в 0С.
1.4. Приложенное к электронно-дырочному переходу напряжение – U, В.

2. Задание курсовой работы

В соответствии с исходными данным необходимо выполнить следующие расчеты для электронно-дырочного перехода.
2.1. Определить равновесные концентрации подвижных носителей зарядов – в собственном полупроводнике.
2.2. Найти концентрации основных : и неосновных , носителей зарядов в примесных полупроводниках.
2.3. Определить положение уровня Ферми в собственном, электронном и дырочном полупроводниках и построить энергетические (зонные) диаграммы полупроводников в масштабе по оси энергий.
2.4. Определить энергетический и потенциальный барьеры, возникающие при образовании идеального электронно-дырочного перехода в состоянии равновесия.
2.5. Объяснить образование электронно-дырочного перехода.
2.6. Определить ширину идеального электронно-дырочного перехода в состоянии равновесия.
2.7. Построить в масштабе энергетическую (зонную) диаграмму идеального электронно-дырочного перехода в состоянии равновесия.
2.8. Определить ширину электронно-дырочного перехода при подаче на идеальный переход внешнего напряжения U.
2.9. Построить в масштабе энергетическую (зонную) диаграмму идеального электронно-дырочного перехода при подаче на него прямого или обратного напряжения U.

3. Вариант задания для курсовой работы

58№ варианта Nd =4*10171/см3 Na=5*10151/см3 T=100С
U=0,3В


Основные параметры Ge, Si и GaAs
Параметр (при Т=3000К) Германий Кремний Арсенид галлия
Собственное удельное сопротивление ρ, Ом.см 47 2,3*105 108
Ширина запрещённой зоны ΔWз, эВ 0,67 1,12 1,42
Эффективная масса электрона по отношению к массе свободного электрона mn/ m0 0,22 0,33 0,07
То же для дырок mр/ m0 0,39 0,55 0,5
Эффективная плотность состояний, см-3
в зоне проводимости Nc 1019 2,8*1019 4,7*1017
в валентной зоне Nv 6*1018 1019 7*1017
Собственная концентрация ni0, см-3 2,4*1013 1,45*1010 1,8*106
Подвижность, см2/В*с
электронов μn 3900 1500 8500
дырок μр 1900 450 400
Коэффициент диффузии, см2/с
электронов Dn 100 36 290
дырок Dр 45 13 12
Электрическое поле пробоя, В/см 1,42 1,05 1,15
Относительная диэлектрическая проницаемость ε 16 12 13

4. Расчеты

Расчёт равновесных концентраций электронов и дырок ni=pi в собственном полупроводнике
, (1)
k – постоянная Больцмана, равная k=1,3805*10-23 Дж/0К,
Т – абсолютная температура в градусах Кельвина (T=t + 2730К),
N – среднее геометрическое значение эффективных плотностей энергетических состояний в зоне проводимости и валентной зоне , т.е. плотность разрешенных уровней энергии (которые могут занимать электроны). Их численные значения определяются выражениями
, , (2)
. (3)

– масса электрона в состоянии покоя, = 9,1095*10-31 кг,
h – постоянная Планка, h=6,6262*10-34 Дж*с.



1/см-3
1/см-3, 1/см-3