Расчёт параметров и характеристик полупроводникового диода и транзистора МДП – типа
Министерство образования и науки Украины
Запорожская государственная инженерная академия
Факультет электронной техники и электронных технологий
Кафедра электронных систем
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по дисциплине: Твердотельная электроника
на тему: Расчёт параметров и характеристик полупроводникового диода и транзистора МДП – типа
Студент группы ЭС - 2 - 04д С.В.
Руководитель проекта Мовенко Е.Д.
Запорожье
2006
РЕФЕРАТ
27 с., 17 рисунков,8 таблиц, 6 ссылок.
В курсовом проекте рассмотрены структура, основные элементы и вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов, принцип действия, структура и условные графические обозначения МДП-транзисторов.
В результате расчетов определены параметры и характеристики выпрямительного диода и МДП-транзистора. В соответствии с полученными результатами расчетов построены соответствующие графики.
Выпрямительный диод, нагрузка, p-n-переход, легирование, потенциальный барьер, уровень Ферми, запрещенная зона, зона проводимости, валентная зона, контактная разность потенциалов, диффузионный ток, транзистор, сток, исток, затвор, инжекция, экстракция, рекомбинация, лавинный пробой, туннельный пробой, тепловой пробой, подложка
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………5
1 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ………………………………………….6
1.1 Структурные особенности полупроводникового диода…………….6
1.2 Прямое включение диода……………………………………………….6
1.3 Обратное включение диода…………………………………………….7
2 ТРАНЗИСТОРЫ МДП-ТИПА………………………………………………….9
2.1 Конструкция и принцип действия……………………………………9
2.2 Условные графические обозначения МОП – транзисторов…………10
3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА.......................................................................11
3.1 Исходные данные…………………………………………………..11
3.2 Модель выпрямительного диода…………………………………….11
3.3 Расчет параметров и характеристик диода………………………14
4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК
МДП-ТРАНЗИСТОРА…………………………………………..…………….22
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………….26
СПИСОК ССЫЛОК…………………………………………………………….27
ВВЕДЕНИЕ
Широкое применение полупроводниковых приборов объясняется тем, что по сравнению с электронными лампами они обладают неоспоримыми преимуществами, главными среди которых являются малые габариты и вес, высокий коэффициент полезного действия, почти неограниченный срок службы, высокая эксплуатационная надежность. Такие приборы способны работать при малых напряжениях питания и на высоких частотах.
Наиболее распространёнными приборами в электронике являются выпрямительные диоды, полупроводниковые стабилитроны, туннельные, импульсные и СВЧ диоды, а также биполярные и полевые транзисторы, которые используются в преобразовательных устройствах в качестве усилителей и вентилей. Широкое распространение получили полностью управляемые вентили — биполярные и полевые транзисторы, заменяющие диоды и тиристоры, особенно в устройствах малой и средней мощности.
Для того чтобы конструировать электронные схемы и эффективно применять полупроводниковые приборы нужно знать принципы их действия и основные параметры. Изложение этих фундаментальных представлений являются основной задачей твердотельной электроники как науки и учебной дисциплины [1].
1 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
1.1 Структурные особенности полупроводникового диода
Полупроводниковым диодом называют нелинейный электронный прибор с двумя выводами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества, уровня легирования внутренних элементов диода характеристики полупроводниковых диодов бывают различными. Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно-дырочный переход (рис. 1.1). Вольт-амперная характеристика такого диода имеет ярко выраженную нелинейность. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей. В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю.
Рисунок 1.1 Электронно-дырочный переход
1.2 Прямое включение диода
При прямом напряжении на диоде внешнее напряжение частично компенсирует контактную разность потенциалов на p-n-переходе, так как внешнее электрическое поле при прямом включении диода направлено противоположно диффузионному полю. Поэтому высота потенциального барьера перехода уменьшается пропорционально приложенному к диоду напряжению. [2]
С уменьшением высоты потенциального барьера увеличивается количество носителей заряда, которые могут преодолеть потенциальный барьер и перейти в соседнюю область диода, где они окажутся неосновными носителями. Этот процесс называется инжекцией неосновных носителей заряда через p-n-переход. Типичная ВАХ полупроводникового диода изображена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 ВАХ полупроводникового диода
1.3 Обратное включение диода
Обратный ток диода, как видно из рисунка 1.2, начиная с очень малых значений обратного напряжения, не будет изменяться с изменением напряжения. Этот неизменный с изменением напряжения обратный ток через диод, называемый током насыщения, объясняется экстракцией неосновных носителей заряда из прилегающих к переходу областей. Это приводит к уменьшению граничной концентрации неосновных носителей заряда около p-n-перехода и дальнейшему расширению области пространственного заряда из-за увеличения потенциального барьера.[3]
Схема обратного включения диода показана на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 Обратное включение полупроводникового диода
2 ТРАНЗИСТОРЫ МДП-ТИПА
2.1 Конструкция и принцип действия
Типичная конструкция МДП-транзистора с индуцированным р-каналом изображена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 Структура МДП-транзистора
На рисунке подписаны: 1 — область истока; 2 — р-канал; 3 — металлизация затвора; 4 — диэлектрик; 5 — область стока; 6 — подложка; 7 — область пространственного заряда (ОПЗ); 8 — металлизация подложки.
Стоковая и истоковая р-области совместно с индуцированным р-каналом образуют выходную цепь МДП-транзистора. Управление выходной мощностью обеспечивается изменением напряжения на затворе: если напряжение на затворе станет более отрицательным, то сопротивление канала уменьшится и при заданном напряжении на стоке выходной ток увеличится.[4]
Транзистор, у которого канал создаётся вследствие приложенного напряжения на затворе, называется транзистором с индуцированным каналом. Однако может быть транзистор и со встроенным каналом. В этом случае канал заранее создаётся технологическими методами.
Следует отметить, что МОП транзистор со встроенным каналом может работать в режиме обеднения и обогащения.[5]
2.2 Условные графические обозначения МОП – транзисторов
Существуют различные графические обозначения МДП-транзисторов со встроенным каналом n-типа и p-типа (рисунок 2.2 а, б) и с индуцированным каналом n-типа и p-типа (рисунок 2.3 а, б).
а) б)
Рисунок 2.2 Условные графические обозначения МОП – транзисторов с индуцированным каналом n-типа (а) и p-типа (б)
