Курсач_2003 (Подборка образцов)
Описание файла
Документ из архива "Подборка образцов", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика полупроводниковых приборов и интегральных схем" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "физика полупроводниковых приборов и интегральных схем" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Курсач_2003"
Текст из документа "Курсач_2003"
Московский Энергетический Институт
(Технический Университет)
Курсовая работа по «физике п/п приборов и
интегральных микросхем».
Тема: «Расчет диода».
Выполнил: ст. гр. ЭЛ-15-04
Гончаров Е.О.
Проверил: преподаватель
Филиков В.А.
г. Москва, 2008г.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение…………………………………………………………………………………………..3
Технологические параметры диффузии………………………………………………………...5
Расчет ширины ОПЗ и его зависимость от напряжения……………………………………….8
Расчет энергетических диаграмм………………………………………………………………..9
Распределение электрического поля, изменение потенциала с расстоянием, распределение пространственного заряда………………………………………………………………………11
Расчет и построение ВАХ при нескольких температурах……………………………………12
Расчет барьерной емкости………………………………………………………………………14
Расчет диффузионной емкости…………………………………………………………………15
Описание инжекционной способности перехода……………………………………………..16
Вывод о проделанной работе…………………………………………………………………...17
Приложение к курсовому проекту……………………………………………………………..18
Литература……………………………………………………………………………………….30
Введение
Полупроводниковые приборы продолжают завоевывать все новые позиции в электронике и электротехнике. В основе изучения большинства полупроводниковых приборов остается плоскостной полупроводниковый диод, как классический образец для анализа и понимания явлений, протекающих в п/п элементах с p-n переходами. Диоды входят практически во все п/п устройства. Наибольшее распространение получили кремниевые диоды, особенно в преобразовательной технике. Выпрямительные устройства на базе, например, кремниевых диодов характеризуются высоким коэффициентом полезного действия, малыми габаритами, малым весом, простотой эксплуатации.
Существует несколько способов получения p-n перехода: сплавной переход, диффузионный, диффузионный планарный на эпитаксиальной подложке, ионно-имплантированный. Применение метода высокотемпературной диффузии позволяет более точно управлять распределением примеси, получать p-n переход на заданной глубине, возможность получить на п/п материале с исходной концентрацией Nисх различные напряжения пробоя. Легирующие элементы должны иметь достаточно высокую скорость диффузии и хорошую растворимость в п/п при температуре диффузии.
При производстве диода на кремнии n-типа при формировании структуры p+-n-n+ в качестве диффундирующих атомов примесей используют атомарные бор, алюминий и фосфор. В качестве исходного диффузанта используют спиртовой раствор Al2(NO3)2 совместно с B2O3, нанесенный на механически шлифованную поверхность кремния. Диффузия фосфора проводится из химически высаженного на кремнии никеля. Метод такого формирования p+-n перехода позволяет: регулировать напряжение пробоя за счет за счет изменения градиента концентрации примеси в p+-n переходе, который обусловлен диффузией атомов алюминия, обеспечивать малые падения напряжения на невыпрямляющих контактах «Ме-п/п»за счет большой поверхностной концентрации атомов бора.
Целью работы является конструирование полупроводникового диода, рассчитанного на пробивное напряжение 1000 В, а именно: расчет технологических параметров диффузии, расчет ширины ОПЗ, построение энергетических диаграмм, расчет барьерной и диффузионной емкостей, расчет ВАХ такого диода.
Исходные данные:
Uпроб = 1000 В
Тпред = 120 ˚С
Iобр < 20 мА
Iпр = 1 мА
Si, n-тип.
Вспомогательные величины:
см2/В*с
см2/В*с
[2].
Ф/см
Дж/град
см-3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИФФУЗИИ
Рассчитаем градиент концентрации по следующей формуле:
[3].
тогда
Оценим необходимое удельное сопротивление кремния: Uпроб = 86ρ0,65 . Тогда Ом*см.
Исходя из этого выбираем марку кремния КЭФ 45 группа 2В.
Рассчитаем концентрацию носителей заряда и критическую напряженность электрического поля при данной концентрации:
[1].
см-3
из уравнения
Nисх = C0*Eкр2*exp(-b0/Eкр) [1].
при известных C0 = 3,15*107 [1/(В2*см)]
b0 = 1,74*106 [В/см]
найдем
Будем проводить диффузию алюминия и бора при T=1200 ˚C. Диффузия фосфора проводится при T=1100˚C, т.к. если проводить ее при 1200˚С, будет происходить разгонка примеси алюминия.
ниже приведены значения для коэффициентов диффузии бора, фосфора и алюминия, а также их поверхностные концентрации при выбранных температурах диффузии:
[4].
рассчитаем время диффузии алюминия:
[1].
диффузию бора и фосфора тогда будем также проводить 1,2 часа. Глубина залегания примесей равна:
см = 14,5076 мкм. [1].
см = 5,15852 мкм.
см = 3,335165 мкм.
Распределения атомов алюминия , бора и фосфора подчиняются закону Гаусса:
[1].
Рассчитаем толщину n – области:
см [4].
тогда толщина всей структуры см = 129,59 мкм.
Итоговое распределение примесей в структуре см. в приложении рис.1.
Расчет ширины ОПЗ и его зависимость от напряжения
Используя приближение, что Na(x)=0,7*Na_s получим выражение для ϕk:
[3].
тогда для плавного прехода [3].
а для резкого перехода
см.
Ниже представлена уменьшенная копия графика зависимости ширины ОПЗ от приложенного обратного напряжения.
Как видно из графика, напряжение, при котором зависимость ширины ОПЗ для плавного перехода переходит в зависимость для резкого перехода, составляет -38,382009 В. При этом сама ширина ОПЗ равна 2,210597*10-3 см.
См. этот график также в приложении рис.2.
Расчет энергетических диаграмм
-
При нулевом смещении.
а) расчет для p – области.
см.
На первом участке, когда концентрация бора превышает концентрацию алюминия, производим расчеты по формуле:
[3].
а на втором участке:
[3].
Некоторые результаты представим в виде таблицы:
p - область | x, мкм | Ef-Ei |
B | 0 | 0,622496 |
1 | 0,589588 | |
2 | 0,532545 | |
Al | 3 | 0,508142 |
4 | 0,49328 | |
5 | 0,475898 | |
6 | 0,455912 | |
7 | 0,433254 | |
8 | 0,407873 | |
9 | 0,379724 | |
10 | 0,348774 | |
11 | 0,314994 | |
12 | 0,278361 | |
13 | 0,238856 | |
14 | 0,196462 |
б) расчет для n+ - области (легированной фосфором).
n - область | x, мкм | Ef-Ei |
P | 0 | 0,640518 |
0,3 | 0,62766 | |
0,6 | 0,609855 | |
0,9 | 0,586623 | |
1,2 | 0,557624 | |
1,5 | 0,52262 | |
1,8 | 0,481437 | |
2,1 | 0,433952 | |
2,4 | 0,380074 | |
2,7 | 0,319734 | |
3 | 0,252879 |
-
При положительном смещении.
В.
см.
-
При отрицательном смещении.
В.
см.
Энергетические диаграммы представлены в приложении на рис.3 – рис. 5.
Распределение электрического поля, изменение потенциала с расстоянием, распределение пространственного заряда.
Так как при определенном напряжении у нас ширина ОПЗ будет определяться не плавным переходом, а уже резким, эти распределения будут выглядеть различно для различных напряжений. Построим их для напряжения пробоя.
Графики зависимости распределения поля и потенциала будут иметь 3 характерные точки. Рассчитаем их.
[3].