I. Для каждого из вариантов работы задаются параметры диодной структуры, необходимые для проведения расчетов (см. табл.1.1 и 1.2):
· полупроводниковый материал – германий, кремний и арсенид галлия;
· диффузионные длины электронов и дырок 
и 
в см;
· концентрации доноров и акцепторов 
и 
в см-2 ;
· площадь перехода 
в cм2;
· сопротивление базы 
в Ом;
· максимальная рассеиваемая мощность в базе диода 
, позволяющая определить предельную величину прямого тока при расчетах вольтамперной характеристики 
и соответственно предельное значение прямого напряжения.
Таблица 1.1. Электрофизические параметры полупроводников, используемых в диодных структурах
| Параметр полупроводниковой структуры | Полупроводник | ||
| Si | Ge | GaAs | |
| Плотность атомов N, см-3 | 4,42´1022 | 4,99´1022 | 2,21´1022 |
Диэлектрическая проницаемость  , отн. ед.
| 10,9 | ||
Ширина запрещенной зоны  , эВ
| 0,67 – 0,72 | 1,12 | 1,43 |
Собственные концентрации электронов и дырок при  300 К  и  , см-3
| 2,5´1013 | 2´1010 | 8´106 |
Коэффициент диффузии электронов  , см2/с
| |||
Коэффициент диффузии дырок  , см2/с
| 11,2 | ||
Подвижность электронов  , см2/c В
| |||
Подвижность дырок  , см2/c В
| |||
Время жизни неосновных носителей заряда  , с
| 10-3 | 2,5´10-3 | 10-8 |
II. По формуле (1.2) для заданных параметров диодной структуры определяют величину обратного тока 
.
III. По формулам (1.1) и (1.4) производится расчет ВАХ идеального перехода и зависимость дифференциального сопротивления 
от напряжения по вычисленным значениям тока 
. Результаты расчетов должны быть представлены в виде графических зависимостей тока от напряжения. При вычисленном значении 
выбирается не более 10 точек на прямой ветви ВАХ диода; максимальное значение обратного напряжения 5 В при расчетах через каждые 0,5 В.
IV. При учете сопротивления базы реального перехода для расчета вольт-амперной характеристикии дифференциального сопротивления по формулам (1.6) и (1.7) в качестве независимых переменных используются значения тока 
, полученные в п.III. При этом результаты расчетов должны быть также представлены графически в виде зависимостей вычисленных значений и от напряжения.
V. По результатам расчетов необходимо составить заключение о влиянии параметров полупроводникового материала и объемного сопротивления базы на свойства диода.
Общее количество расчетных графических зависимостей составляет 12 для полупроводниковых материалов Si, Ge, GaAs (при идеальном и реальном переходах, включая вольт-амперные характеристики и зависимости дифференциального сопротивления от напряжения).
Таблица 1.2. Исходные данные для проведения расчетов
| № варианта | , ,
| ,
´1016 см-3
| ,
´1014 см-3
| , Ом
| ,
´10-4 см2
| ,
´10-3 Вт
| |
| Si; Ge ´10-2 cм | GaAs ´10-4 cм | ||||||
| 0,4 | 1,0 | 1,0 | 2,0 | 1,0 | 10,0 | ||
| 0,45 | 1,5 | 2,5 | 3,0 | 15,0 | 2,0 | 20,0 | |
| 0,5 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 20,0 | 3,0 | 30,0 | |
| 0,55 | 2,5 | 3,5 | 5.0 | 25,0 | 4,0 | 40,0 | |
| 0,6 | 3,0 | 4,0 | 6,0 | 30,0 | 5,0 | 50,0 | |
| 0,65 | 3,5 | 4,5 | 7,0 | 35,0 | 6,0 | 70,0 | |
| 0,7 | 4,0 | 5,0 | 8,0 | 40,0 | 7,0 | 100,0 | |
| 0,75 | 4,5 | 6,5 | 9,0 | 42,0 | 8,0 | 150,0 | |
| 0,8 | 5,0 | 7,0 | 10,0 | 45,0 | 9,0 | 200,0 | |
| 0,85 | 5,5 | 7,5 | 20,0 | 47,0 | 10,0 | 250,0 | |
| 0,9 | 6,0 | 8,0 | 30,0 | 50,0 | 20,0 | 300,0 | |
| 0,95 | 6,5 | 8,5 | 40,0 | 52,0 | 40,0 | 400,0 | |
| 1,0 | 7,0 | 9,0 | 50,0 | 55,0 | 50,0 | 500,0 | |
| 1,02 | 7,5 | 9,5 | 60,0 | 57,0 | 60,0 | 700,0 | |
| 1,05 | 8,0 | 10,0 | 70,0 | 60,0 | 80,0 | 1000,0 | |
| 0,65 | 3,5 | 4,5 | 8,5 | ||||
| 0,7 | 4,0 | 5,0 | 9,0 | ||||
| 0,75 | 4,5 | 5,5 | 9,5 | ||||
| 0,8 | 5,0 | 6,0 | 10,0 | ||||
| 0,85 | 5,5 | 6,5 | 10,5 | ||||
| 0,9 | 6,0 | 7,0 | 11,0 | ||||
| 0,95 | 6,5 | 7,5 | 11,5 | ||||
| 1,0 | 7,0 | 8,0 | 12,0 | ||||
| 0,55 | 2,5 | 3,5 | 12,5 | ||||
| 0,6 | 3,0 | 4,0 | 13,0 |
Контрольные вопросы
1.Объяснить механизмы формирования тока через p-n – переход.
2.При каких допущениях получено соотношение (1.1), описывающие ВАХ полупроводникового диода.
3. Какими факторами ограничивается ток прямо смещенного перехода.
4.К чему приводит увеличение мощности, выделяемой в полупроводниковой структуре, в высоковольтной области ВАХ.
5.Указать основные отличия реального полупроводникового диода от идеального.
Рекомендуемая литература
1. Аваев Н.А., Шишкин Г.Г. Электронные приборы. Учебник для вузов. Под ред. Г.Г. Шишкина. М.: Издательство МАИ. 1996. 544 с.
2. Морозова И.Г. Физика электронных приборов: Учебник для вузов. – М.: Атомиздат. 1980. 392 с.
3. Шалимова К.В. Физика полупроводников. Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат. 1985. 392 с.
