Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Вариант № 1 1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (120). 2. Для кремния n-типа с концентрацией примеси ND = 1·1024 м-3 (Т = 300 К) определить: − значение потенциала Ферми; − положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня валентной зоны; − концентрацию неосновных носителей; − удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и примесного полупроводника (Si-n); − изобразить зонные диаграммы собственного и примесного полупроводника. 3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей заряда, если к образцу кремния n-типа (ND = 1·1024 м-3) приложено внешнее электрическое поле напряженностью 1000 В/м. 4. Определить диффузионную длину Ln и коэффициент диффузии Dn электронов в кремнии (ND = 1·1024 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τn = 5 мкс, подвижность µn = 0,135 м2/(В·с). 5. В Si выполнен плавный p-n-переход. Концентрация примеси вблизи перехода изменяется от NA = 1024 м-3 до ND = 1022 м-3 на отрезке ∆x = 10-6 м. Определить: − высоту потенциального барьера; − толщину области пространственного заряда l0; − удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии прямого смещения (+0,6 В); − максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ. Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном состоянии и при условии прямого смещения (+0,6 В). Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ от координаты x. 6. В Si создан p-n-переход. Удельное сопротивление области p-типа ρp = 10-3 Ом·м, удельное сопротивление области n-типа ρn = 10-2 Ом·м. Подвижность электронов µn = 0,12 м2/(В·с), дырок – µp = 0,03 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 100 мкм2. При Т = 300 К рассчитать: − обратный ток насыщения; − отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м, дырок – Lp = 5·10-5 м); − напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 100 мкА. Построить график идеальной ВАХ. Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Вариант № 2 1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (121). 2. Для кремния p-типа с концентрацией примеси NA = 1·1022 м-3 (Т = 300 К) определить: − значение потенциала Ферми; − положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня валентной зоны; − концентрацию неосновных носителей; − удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и примесного полупроводника (Si-p); − изобразить зонные диаграммы собственного и примесного полупроводника. 3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей заряда, если к образцу кремния p-типа (NA = 1·1022 м-3) приложено внешнее электрическое поле напряженностью 800 В/м. 4. Определить диффузионную длину Lp и коэффициент диффузии Dp дырок в кремнии (NA = 1·1022 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τp = 1 мкс, подвижность µp = 0,05 м2/(В·с). 5. В Si выполнен ступенчатый p-n-переход. Концентрации примесей областей NA = 1024 м-3 и ND = 1022 м-3. Определить: − высоту потенциального барьера; − толщину области пространственного заряда l0; − удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии обратного смещения (– 5 В); − максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ. Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном состоянии и при условии обратного смещения (– 5 В). Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ от координаты x. 6. В Si создан p-n-переход. Удельное сопротивление области p-типа ρp = 5·10-3 Ом·м, удельное сопротивление области n-типа ρn = 4·10-4 Ом·м. Подвижность электронов µn = 0,045 м2/(В·с), дырок – µp = 0,03 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 200 мкм2. При Т = 300 К рассчитать: − обратный ток насыщения; − отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м, дырок – Lp = 4·10-5 м); − напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 50 мкА. Построить график идеальной ВАХ. Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Вариант № 3 1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (211). 2. Для кремния n-типа с концентрацией примеси ND = 1·1023 м-3 (Т = 300 К) определить: − значение потенциала Ферми; − положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня валентной зоны; − концентрацию неосновных носителей; − удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и примесного полупроводника (Si-n); − изобразить зонные диаграммы собственного и примесного полупроводника. 3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей заряда, если к образцу кремния n-типа (ND = 1·1023 м-3) приложено внешнее электрическое поле напряженностью 1200 В/м. 4. Определить диффузионную длину Ln и коэффициент диффузии Dn электронов в кремнии (ND = 1·1023 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τn = 2 мкс, подвижность µn = 0,11 м2/(В·с). 5. В Si выполнен плавный p-n-переход. Концентрация примеси вблизи перехода изменяется от NA = 1023 м-3 до ND = 1021 м-3 на отрезке ∆x = 10-6 м. Определить: − высоту потенциального барьера; − толщину области пространственного заряда l0; − удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии обратного смещения (– 4 В); − максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ. Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном состоянии и при условии обратного смещения (– 4 В). Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ от координаты x. 6. В Si создан p-n-переход. Удельное сопротивление области p-типа ρp = 2·10-3 Ом·м, удельное сопротивление области n-типа ρn = 6·10-5 Ом·м. Подвижность электронов µn = 0,02 м2/(В·с), дырок – µp = 0,026 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 140 мкм2. При Т = 300 К рассчитать: − обратный ток насыщения; − отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м, дырок – Lp = 2·10-5 м); − напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 60 мкА. Построить график идеальной ВАХ. Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Вариант № 4 1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (102). 2. Для кремния p-типа с концентрацией примеси NA = 5·1022 м-3 (Т = 300 К) определить: − значение потенциала Ферми; − положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня валентной зоны; − концентрацию неосновных носителей; − удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и примесного полупроводника (Si-p); − изобразить зонные диаграммы собственного и примесного полупроводника. 3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей заряда, если к образцу кремния p-типа (NA = 5·1022 м-3) приложено внешнее электрическое поле напряженностью 2000 В/м. 4. Определить диффузионную длину Lp и коэффициент диффузии Dp дырок в кремнии (5·1022 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τp = 6 мкс, подвижность µp = 0,03 м2/(В·с). 5. В Si выполнен ступенчатый p-n-переход. Концентрации примесей областей NA = 1023 м-3 и ND = 1021 м-3. Определить: − высоту потенциального барьера; − толщину области пространственного заряда l0; − удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии прямого смещения (+0,5 В); − максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ. Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном состоянии и при условии прямого смещения (+0,5 В). Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ от координаты x. 6. В Si создан p-n-переход. Удельное сопротивление области p-типа ρp = 1,5·10-2 Ом·м, удельное сопротивление области n-типа ρn = 9·10-4 Ом·м. Подвижность электронов µn = 0,07 м2/(В·с), дырок – µp = 0,04 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 100 мкм2. При Т = 300 К рассчитать: − обратный ток насыщения; − отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м, дырок – Lp = 5·10-5 м); − напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 100 мкА. Построить график идеальной ВАХ. Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Вариант № 5 1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (210). 2. Для кремния n-типа с концентрацией примеси ND = 5·1021 м-3 (Т = 300 К) определить: − значение потенциала Ферми; − положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня валентной зоны; − концентрацию неосновных носителей; − удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и примесного полупроводника (Si-n); − изобразить зонные диаграммы собственного и примесного полупроводника. 3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей заряда, если к образцу кремния n-типа (ND = 5·1021 м-3) приложено внешнее электрическое поле напряженностью 1500 В/м. 4. Определить диффузионную длину Lp и коэффициент диффузии Dp дырок в кремнии (ND = 5·1021 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τp = 1 мкс, подвижность µp = 0,05 м2/(В·с). 5. В Si выполнен ступенчатый p-n-переход. Концентрации примесей областей NA = 1022 м-3 и ND = 1020 м-3. Определить: − высоту потенциального барьера; − толщину области пространственного заряда l0; − удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии прямого смещения (+0,7 В); − максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ. Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном состоянии и при условии прямого смещения (+0,7 В). Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ от координаты x. 6. В Si создан p-n-переход. Удельное сопротивление области p-типа ρp = 4·10-3 Ом·м, удельное сопротивление области n-типа ρn = 4·10-4 Ом·м. Подвижность электронов µn = 0,045 м2/(В·с), дырок – µp = 0,03 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 160 мкм2. При Т = 300 К рассчитать: − обратный ток насыщения; − отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м, дырок – Lp = 4·10-5 м); − напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 100 мкА. Построить график идеальной ВАХ.