Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Физические основы электроники

Стр 1 из 12Следующая ⇒

М ОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра электроники

ПРАКТИКУМ № 1

По курсу

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Москва 20 15

План УМД на 2014/2015 уч. г.

ПРАКТИКУМ № 1

по курсу

ЭЛЕКТРОНИКА

Составители: В.П. Власов, к.т.н., доцент,

В.Н. Каравашкина, к.т.н., доцент

утверждено советом факультета...........

протокол № от

Рецензент Г.С. Берендеева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ИДЕАЛИЗИРОВАННОГО Р- N ПЕРЕХОДА

Цель работы

Целью настоящей работы является определение основных характеристик идеализированного р-n перехода. Исходными данными являются параметры конструкции: тип полупроводника, концентрация примесей, площадь р-n перехода. Определяются следующие характеристики идеализированного р-n перехода в отсутствие внешнего напряжения:

– контактная разность потенциалов;

– толщина;

– тепловой ток (ток насыщения);

– напряжение и тип пробоя;

– барьерная ёмкость.

Методические указания по выполнению лабораторной работы

3.1. Вызвать программу лабораторной работы, для чего кликнуть мышью на ярлыке ЛАБ1 на рабочем столе.

3.2. Ввести исходные данные согласно заданному преподавателем номеру варианта 1...12 и данным таблицы 1. При вводе чисел пользоваться экспоненциальной формой записи. Например, число следует записать, как 3E17, число – как 1Е–6. После набора каждого числа нажимать ENTER.

3.3. Перенести в отчёт рисунок p-n перехода с экрана.

3.4. Перенести в таблицу 2 результаты расчёта.

3.5. Исходя из теоретических сведений, предложить вариант конструкции с увеличенным напряжением пробоя U_проб _. Внести исходные данные и результаты в таблицу 2.

3.6. Исходя из теоретических сведений, предложить вариант конструкции с уменьшенной барьерной емкостью C _б0. Внести исходные данные и результаты в таблицу 2.

3.7. Исходя из теоретических сведений, предложить вариант конструкции с уменьшенным тепловым током I ₀. Внести исходные данные и результаты в таблицу 2.

Содержание отчета

Отчёт должен содержать:

– название и цель работы;

– рисунок р-n перехода с поясняющими надписями, согласующимися с заданным вариантом (как на экране);

– полностью заполненную таблицу 2.

5. Контрольные вопросы

1. Указать направление диффузии и дрейфа в асимметричном р-n переходе при U =0. Какие составляющие (электронная, дырочная) будут преобладать?

2. Почему диффузия носителей не приводит к выравниванию концентраций?

3. Какие заряды количественно преобладают вблизи контакта р- и n- областей? Почему на границе областей концентрация подвижных носителей невелика?

4. Какой окажется контактная разность потенциалов j _k при подаче внешнего напряжения, равного ½ j _k ₀ ½?

5. Как на свойства р-n перехода влияет выбор типа полупроводника?

6. Как на свойства р-n перехода влияет концентрация примесей?

7. Как на свойства р-n перехода влияет его площадь?

8. Каким должен быть р-n переход с большим напряжением лавинного пробоя? С малым напряжением туннельного пробоя?

Таблица 1. Данные исходных вариантов

№ варианта	Тип полупроводника	Концентрация акцепторной примеси N_A,см ^–3	Концентрация донорной примеси N_Д,см ^–3	Площадь, см²
1	Ge	10¹⁹	10¹⁷	10^–7
2	Si	3·10¹⁵	3·10¹⁸	3·10^–7
3	GaAs	10¹⁸	10¹⁵	10^–6
4	Ge	3·10¹⁵	3·10¹⁸	3·10^–6
5	Si	10¹⁹	10¹⁷	10^–5
6	GaAs	3·10¹⁶	3·10¹⁸	3·10^–5
7	Ge	10¹⁸	10¹⁶	10^–4
8	Si	3·10¹⁵	3·10¹⁷	3·10^–4
9	GaAs	10¹⁹	10¹⁷	10^–3
10	Ge	3·10¹⁶	3·10¹⁸	3·10^–3
11	Si	10¹⁸	10¹⁶	10^–2
12	GaAs	3·10¹⁵	3·10¹⁷	3·10^–2

Таблица 2. Результаты исследований

Характеристики p-n перехода	Исходный вариант	Вариант с увеличенным U_проб.	Вариант с уменьшенной С_б0	Вариант с уменьшенным I₀

Исходные данные

Тип п/п

N_A, см^–3

N_Д, см^–3

S, см²

Результаты при Т = 300 К

j _k ₀,В

w, мкм

I₀, А

U_проб.л., В

U_проб.т., В

С_б0, Ф

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Цель работы

Целью работы является исследование металло-полупроводниковых переходов при использовании различных сочетаний металла и полупроводника. При этом определяются следующие характеристики и параметры:

– тип контакта (омический или Шотки);

– сопротивление омического контакта.

Для контакта Шотки при U = 0 определяются:

– контактная разность потенциалов;

– толщина;

– тепловой ток;

– барьерная емкость.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

– название и цель работы;

– рисунки обоих вариантов перехода (с экрана);

– заполненную табл. 2.

5. Контрольные вопросы

1. Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые переходы при ?

2. Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые переходы при ?

3. Как на свойствах металло-полупроводниковых переходов отражается состояние поверхности полупроводника?

4. От чего зависит сопротивление омического контакта?

5. Какой вид имеет ВАХ контакта Шотки? От чего зависит тепловой ток?

6. От чего зависит напряжение пробоя контакта Шотки? Как его можно увеличить?

7. От чего зависит барьерная ёмкость контакта Шотки? Какова её роль? Как её можно уменьшить?

8. В чём и почему диоды Шотки превосходят р-n диоды? В чём им уступают?

Таблица 1. Данные исходных вариантов

№. вар.	Тип металла (работа выхода, , эВ)	Тип п/п (работа выхода, , эВ)	Концентрация примесей в п/п области, N, см^-3	Толщина п/п слоя L, мкм	Площадь поперечного сечения S, см²
1	Ag(4,4)	Ge(5,l)	10¹⁵	20	10^-8
2	Al(4,3)	Si (4,8)	3·10¹⁵	20	10^-7
3	W(4,5)	GaAs(5,2)	10¹⁶	20	10^-6
4	Zn(4,2)	Ge(5,l)	10¹⁵	20	10^-5
5	Pt(6)	Si(4,8)	3·10¹⁵	20	10^-4
6	Ag(4,4)	GaAs (5,2)	10¹⁶	20	10^-3
7	Al(4,3)	Ge(5,l)	10¹⁵	20	10^-8
8	W(4,5)	Si(4,8)	3·10¹⁵	20	10^-7
9	Zn(4,2)	GaAs(5,2)	10¹⁶	20	10^-6
10	Pt(6)	Ge(5,l)	10¹⁵	20	10^-5
11	Ag(4,4)	Si(4,8)	3·10¹⁵	20	10^-4
12	Al(4,3)	GaAs(5,2)	10¹⁶	20	10^-3

Таблица 2. Результаты исследования

Характеристики и параметры	Исходный вариант	Вариант с уменьшенным сопротивлением (для омического контакта)	Вариант с увеличенной толщиной перехода и напряжением пробоя (контакт Шотки)	Вариант с уменьшенной барьерной ёмкостью (контакт Шотки)

Исходные данные

Металл Полупроводник N_А, см^–3 N_Д, см^–3 S, см² L, мкм

Результаты при Т=300 К

Тип контакта в m-n варианте Тип контакта в m-p варианте R, Ом

, В L₀, мкм I₀, A С_б0, Ф

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Цель работы

Изучение особенностей полупроводниковых диодов различных типов и их компьютерных моделей различной степени сложности и точности.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

- название, цель работы;

- условное обозначение заданного диода;

- тип перехода заданного диода;

- назначение заданного диода;

- максимальную величину Р_расс и мощностную категорию диода;

- рисунки прямых и обратных ветвей ВАХ с указанием на осях величин и их размерностей и с указанием исходной и повышенной температуры.

5. Контрольные вопросы

1. Как моделируется идеализированный р-п переход? Сколько параметров в такой модели?

2. Как и почему отличаются ВАХ идеализированного и реального диодов?

3. Перечислите и поясните физический смысл рассмотренных в разделе 2 параметров модели.

4. Какие свойства реального диода отражают соотношения (2) – (6)?

5. Чем отличаются ВАХ кремниевого, арсенид-галлиевого р-п диодов, диода Шотки?

6. В чем заключаются конструктивные особенности высоковольтных диодов? Сильноточных?

7. Чем отличаются стабилитроны с туннельным и лавинным пробоем?

8. Чем отличаются высокочастотные диоды? Импульсные диоды?

9. В чем заключаются особенности варикапов?

10. В чем заключаются недостатки моделей диода, рассмотренных в разделе 2?

Примечания:

1. В программе используются следующие принятые в программе МС10 буквенные обозначения множителей для численных значений:

10^-15	10^-12	10^-9	10^-6	10^-3	10³	10⁶	10⁹	10¹²
фемто	пико	нано	микро	милли	кило	мега	гига	тера
F (f)	P (p)	N (n)	U (u)	M (m)	K (k)	MEG (meg)	G (g)	T (t)

2. В работе рассматриваются только перечисленные ранее основные параметры. Нулевые или пропущенные значения некоторых параметров в таблице на экране означают, что для данной модели они не являются определяющими и рассматриваются в моделях более высокого уровня.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ МДП–СТРУКТУРЫ

Цель работы

Изучение особенностей структуры металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) и возможностей её применения в электронике.

Задание

1. Ознакомиться с типами и физическими свойствами МДП–структур.

2. Ознакомиться с основными параметрами МДП–структур и возможностями их изменения при изготовлении.

3. Пользуясь программой лабораторной работы, определить для заданного варианта исходных данных параметры МДП–структуры и МДП–транзистора на её основе.

4. Предложить способы улучшения параметров, доказать возможность этого повторением расчётов при самостоятельно изменённых исходных данных.

Содержание отчёта

1. Название и цель работы.

2. Рисунки, поясняющие устройство МДП–структуры и МДП–транзистора.

3. Полностью заполненную табл. 2 с результатами расчетов.

6. Контрольные вопросы

1. Назовите основные режимы МДП–структуры. При каких условиях они возникают?

2. В чем заключается полевой эффект?

3. Как устроен и работает МДП–транзистор?

4. Что такое пороговое напряжение МДП–структуры и от чего оно зависит?

5. Что такое удельная емкость МДП–структуры и от чего она зависит?

6. Что такое удельная крутизна МДП–структуры и от чего она зависит?

7. Как совершенствуется МДП–транзистор?

Таблица 1. Исходные данные для расчетов

Параметры № варианта	Толщина диэлектрика, мкм	Концентрация акцепторной примеси N, см^-3	Ширина канала W, мкм	Длина канала L, мкм
1	0,02	0,3·10¹⁶	0,2	1
2	0,025	0,5·10¹⁶	0,3	1.5
3	0,03	10¹⁶	0,4	1,25
4	0,035	0,3·10¹⁷	0,5	0,75
5	0,04	0,5·10¹⁷	0,75	1
6	0,05	10¹⁷	1	2

Таблица 2. Результаты расчетов

Исходные данные	Измененный параметр	Пороговое напряжение, B	Удельная крутизна, А/В²	Удельная емкость, Ф/мкм²	Емкость затвор-канал, Ф
из табл. 1	–
При самостоятельно изменённом параметре с целью уменьшения порогового напряжения
При самостоятельно изменённом параметре с целью увеличения удельной крутизны
При самостоятельно изменённом параметре с целью уменьшения ёмкости затвор-канал

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Цель работы

Ознакомление с физическими принципами функционирования биполярного транзистора (БТ), с особенностями его изготовления и взаимосвязью конструкции, размеров и параметров.

Содержание отчёта

– название и цель работы;

– рисунок схемы ОБ с поясняющими подписями;

– полностью заполненная табл. 2.

5. Контрольные вопросы

1. Изобразить n-p-n БТ в схеме с общей базой с указанием полярности напряжений и направления токов.

2. Изобразить p-n-р БТ в схеме с общей базой с указанием полярности напряжений и направления токов.

3. Пояснить физические процессы в БТ в схеме ОБ в активном режиме.

4. Как и почему на свойства БТ влияет степень легирования эмиттера?

5. Как и почему на свойства БТ влияет степень легирования базы?

6. Как и почему на свойства БТ влияет толщина базы?

7. Что такое инжекция, экстракция и рекомбинация в базе?

8. Что такое дрейфовый БТ и почему он лучше диффузионного БТ?

9. Как возникает ток базы и какие он имеет составляющие?

10. Почему усиление БТ по мощности может достигать тысяч раз?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Цель работы

Ознакомление с особенностями применения биполярных транзисторов и особенностями их компьютерных моделей.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. название, цель работы;

2. условное обозначение, тип полупроводника и тип структуры заданного БТ (n-p-n, p-n-p);

3. рисунок выходных характеристик с указанием границ областей отсечки, насыщения, активного режима;

4. максимальный коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером и величину тока, при котором он достигается;

5. минимальное напряжение насыщенного состояния (V_ce Saturation Voltage), величину тока, при котором оно достигается, а также сопротивление БТ в этом состоянии;

6. значения предельной и граничной частот;

7. характер использования БТ (в интегральной схеме или как дискретный элемент).

5. Контрольные вопросы

1. В чём заключаются отличия n-p-n и p-n-p БТ?

2. Как используются активный режим, режимы отсечки и насыщения БТ? Почему не используется инверсный режим?

3. Изобразите схему модели Эберса-Молла и поясните назначение её элементов.

4. В каком применении БТ важно иметь минимальное сопротивление открытого состояния?

5. Назовите основные рекомендации для изготовления БТ с хорошими частотными и импульсными свойствами.

Параметры полупроводников при T = 300 К

Параметры	Германий Ge	Кремний Si	Арсенид Галлия GaAs
Относительная диэлектрическая проницаемость	16	12	13
Поле пробоя Е_кр, В·см^-1	10⁵	3·10⁵	4·10⁵
Ширина запрещённой зоны , эВ	0,66	1,12	1,424
Эффективная плотность состояний в зоне проводимости , см^-3	10¹⁹	2,8·10¹⁹	4,7·10¹⁷
Эффективная плотность состояний в валентной зоне , см^-3	6·10¹⁸	10¹⁹	7·10¹⁷
Собственная концентрация n_i см^-3	2,4·10¹³	1,45·10¹⁰	1,79·10⁶
Коэффициент диффузии электронов D_n, см² · с^-1	100	36	290
Коэффициент диффузии дырок D_p, см²·с^-1	45	13	12
Подвижность электронов, ,	3900	1500	8500
Подвижность дырок, ,	1900	450	400
А _n,	60	110	60
А_р,	18	30	33

[1] Работой выхода называется работа по удалению электрона из данного вещества в бесконечность, где потенциал электрического поля j = 0. За исходное значение энергии электрона принимается энергия уровня Ферми данного вещества.

М ОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра электроники

ПРАКТИКУМ № 1

По курсу

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Москва 20 15

План УМД на 2014/2015 уч. г.

ПРАКТИКУМ № 1

по курсу

ЭЛЕКТРОНИКА

Составители: В.П. Власов, к.т.н., доцент,

В.Н. Каравашкина, к.т.н., доцент

утверждено советом факультета...........

протокол № от

Рецензент Г.С. Берендеева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1