МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,

СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра Электроники и схемотехники

Дисциплина: Физические основы электроники

Контрольная работа

Фамилия: Коломыц

Имя: Денис

Отчество: Александрович

Группа №: РБ-11з

Проверил: Борисов С.В.

Санкт-Петербург

2023

Задание 1.

Исходные данные

№ варианта	Материал полупроводника	Время t, мкc	Номер решаемой задачи
20	Ge	2	1.9

Задача 1.9

Дано:

τ = 10^-6 с − время жизни неравновесных электронов в полупроводнике,

находящемся под внешним воздействием,

t = 2 мкс.

Найти:

Относительное уменьшение концентрации избыточных электронов за время t после выключения внешнего воздействия

∆n(t)/∆n(0) = ?

Решение:
Концентрация неравновесных носителей заряда в полупроводнике после выключения внешнего воздействия зависит от времени по закону
1)

где ∆n(0) − концентрация неравновесных носителей заряда в момент времени t = 0 сразу после выключения внешнего воздействия,

τ − время жизни неравновесных носителей заряда в полупроводнике.

---

Тогда, для неравновесных электронов в германии (Ge), имеющих время жизни

τ = 10^-6 с = 1 мкс,

находим из (1) относительное уменьшение концентрации избыточных электронов за время t = 2 мкс после выключения внешнего воздействия

2)

Ответ: 0,135

Задание 2.

Исходные данные

№ варианта	Материал полупроводника	Диффузионная длина электронов Ln, м	Диффузионная длина дырок Lp, см	Площадь перехода S, см2	Номер решаемой задачи
20	Si	0,045	0,03	0,001	2.7

Задача 2.7

Дано:

Материал полупроводника кремний (Si)

Концентрации атомов донорной и акцепторной примесей N_d = 10¹⁷ см^-3

в областях полупроводника, образующих резкий p-n –переход N_a= 10¹⁴ см^-3

Площадь перехода равна S = 0,001 см²

Температура образца T = 300 K

Диффузионная длина электронов L_n = 0,045 cм

Диффузионная длина дырок L_p = 0,03 см

Обратное напряжение на переходе U=5 В
Найти:

Обратный тепловой ток перехода I₀ и барьерную емкость перехода С_Б при подаче на переход обратного напряжения u

Решение:

Тепловой обратный ток насыщения равен

I₀ = S∙J₀ , 1)

где S= 0,001 см² – площадь p-n перехода,

J₀ – плотность тока насыщения.

Плотность тока насыщения определяется соотношением

J₀ = e( D_p p_n0 /L_p + D_n n_p0 /L_n) , 2)

где e = 1,6∙10^-19 Кл – заряд электрона,

D_pи D_n – коэффициенты диффузии дырок и электронов [см²/с]:

для кремния D_p

---

= 13 см²/с , D_n= 36 см²/с;

L_p и L_n – длины диффузии дырок и электронов в областях, где они являются неосновными носителями [см],

p_n0 и n_p0 – равновесные концентрации дырок и электронов в областях, где они являются неосновными носителями заряда:

p_n0 = n_i² /n_n0 = n_i² /N_d , 3)

n_p0 = n_i² / p_p0 = n_i² /N_a , 4)

где n_i = 1,5∙10¹⁰ см^-3 − собственная концентрация носителей заряда в кремнии,

N_d = 10¹⁷ см^-3 и N_a= 10¹⁴ см^-3 − концентрации атомов донорной и акцепторной примесей в областях полупроводника, образующих резкий p-n –переход.

Тогда

p_n0 = n_i² /N_d = (1,5∙10¹⁰)² /10¹⁷ = 2,25∙10³ см^-3 ,

и n_p0 = n_i² /N_a = (1,5∙10¹⁰)² / 10¹⁴ = 2,25∙10⁶ см^-3 .

Подставляя в (4) исходные данные длин диффузии дырок L_p = 0,03 см и электронов

L_n= 0,045 см , находим плотность тока насыщения диода

J₀ = q( D_p p_n0 /L_p + D_n n_p0 /L_n) =

= 1,6∙10^-19 ∙ (13∙2,25∙10³/0,03 + 36∙2,25∙10⁶/0,045) = 2,9∙10^-10 А/см² . 8)

Тепловой обратный ток насыщения I₀ равен

I₀ = S∙J_s = 0,001∙2,9∙10^-10 = 2,9∙10^-13 А = 0,29 пА .

Барьерную емкость резкого p-n перехода определим по формуле

9)

где – барьерная емкость при нулевом смещении на переходе (U = 0),

U– напряжение обратного смещения на переходе,

φ_k – контактная разность потенциалов p-n перехода:

---

φ_k = φ_Tln(N_a N_d /n_i² ), 10 )

где температурный потенциал

φ_T = kT/e = 1,38∙10^-23∙300/(1,6∙10^-19) = 2,59∙10^-2 В при температуре T = 300 К,

n_i = 1,5∙10¹⁰ см^-3 − собственная концентрация носителей заряда в кремнии,

N_d = 10¹⁷ см^-3 и N_a= 10¹⁴ см^-3 − концентрации атомов донорной и акцепторной примесей в областях полупроводника, образующих резкий p-n -переход,

e = 1,6∙10^-19 Кл – элементарный заряд,

ε = 11,9 – диэлектрическая проницаемость кремния,

ε₀ = 8,85∙10^-14 Ф/см – диэлектрическая постоянная,

S= 0,001 см² – площадь p-n перехода,

N_б – концентрация атомов примеси базы − области с меньшей концентрацией примеси:

N_б = N_a= 10¹⁴ см^-3.

Контактная разность потенциалов p-n перехода равна

φ_k= φ_Tln(N_aN_d /n_i² ) = 2,59∙10^-2 ∙ ln[10¹⁴∙10¹⁷/ (1,5∙10¹⁰)² ] = 0,635 В.

Барьерная емкость при нулевом смещении на p-n переходе равна

= 3,64∙10^-12 Ф = 3,64 пФ.

Барьерная емкость при обратном смещении на p-n переходе напряжения U= 5 В



Ответ: 0,29 пА; 1,22 пФ.

Задание 3.

Исходные данные

№ варианта	Удельная крутизна b, мА/В2	Пороговое напряжение Uпор, В	Напряжения между электродами Uси, В	Номер решаемой задачи
20	11,0	6,0	9,0	3.5

Задача 3.5

Дано:

Тип полевого транзистора с каналом n-типа

Схема включения по схеме ОИ

Удельная крутизна b = 11,0 мА/В²

Пороговое напряжение Uпор = 6,0 В

Напряжение между электродами Uси = 9,0 В

Диапазон изменения тока Iс = 0...20 мА

Найти:

Рассчитать и построить на графике управляющую характеристики транзистора

Iс = Iс(Uзи).

Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения

---

Uзи, соответствующем

изменению тока Iс

Решение:

В полевом транзисторе с каналом n-типа ток стока имеет зависимость в пологой области выходной характеристики

1)

где U_СИнас = U_ЗИ – U_ПОР − напряжение насыщения сток-исток,

b − удельная крутизна, мА/В²,

и ток стока

I_C = 0 при U_ЗИ < U_ПОР . 2)

Перепишем (1) в виде

3)

тогда условие U_СИ> U_{СИ нас} выполняется,

если

4)

то есть, для тока стока в диапазоне

Iс = 0...20 мА

полевой транзистор находится в области насыщения (пологая область), и зависимость тока стока Iс = Iс(Uзи) определяется формулой (1).

Для максимального значения тока стока Iс = 20 мА значение напряжения затвор-исток

5)

По формуле (1), с учетом (2), проведем расчет зависимости тока стока Iс = Iс(Uзи) в диапазоне напряжения затвор-исток

Uзи = 0…8 В.

Результаты расчета представлены в таблице 1, а график зависимости Iс = Iс(Uзи) представлен на Рис.1.

Таблица 1. Передаточная ВАХ полевого транзистора (b = 11,0 мА/В², Uпор = 6,0 В)

UЗ, В	IС , мА
0 1 2 3 4 5 6 6,25 6,5 6,75 7 7,25 7,5 7,75 8	0 0 0 0 0 0 0 0,34375 1,375 3,09375 5,5 8,59375 12,375 16,84375 22

---

Смотрите также файлы

• Источники английского права.docx

• санктпетербургский государственный университет телекоммуникаций им. Проф. М. А. Бончбруевича.docx

• О прохождении.docx

• 1 один 2 два 3 три.pdf

• Колледж факультет.docx