Исследование свойств полупроводников методом вольтфарадных характеристик. Абрамов В.Б - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ПГУ | Пенза

Составители: 

Рубрика: 

Шоттки (диод Шоттки).
Форма такого барьера существенно отличается от формы барьеров с неметал-
лическими веществами. Самое главное – вершина барьера имеет треугольную
форму, т. е. толщина его явно уменьшается при приближении энергии частиц к
вершине. В результате этого появляется возможность туннельного перехода, ве-
роятность которого повышается по мере приближения к вершине потенциального
барьера.
На рис. 2 представлена типичная энергетическая диаграмма перехода металл-
полупроводник n-типа в равновесном состоянии (без внешнего электрического
поля). На этом же рисунке показано распределение носителей заряда. Поскольку
электронов в металле намного больше, мы видим только часть распределения.
E
C
E
F
q
ϕ
0
n-
п/п
Обедненный
слой
N
N
E
E
Ме
Δ
E
Me
Δ
E
C
Рис. 2. Энергетическая диаграмма и концентрация носителей заряда
в равновесном переходе металл-полупроводник
В плоскости металлургического контакта здесь присутствует разрыв зон ΔE
C
;
потенциальных барьеров два и они разные по величине: ΔE
Ме
– барьер для элек-
тронов металла, qϕ
0
– для электронов полупроводника.
Чтобы рассчитать распределение электрического потенциала в месте контак-
та, необходимо решить уравнение Пуассона. В предположении обеднения (в обед-
ненном слое вблизи металлургической границы отсутствуют носители заряда)
заряд в обедненной области протяженностью δ обусловлен зарядами ионизиро-
ванных доноров N
D
. В этом случае решение уравнения дает следующие результа-
ты (рис. 3):
()
xN
q
D
s
−δ
εε
=
0
2
E ;
()
п/п
2
0
2
ϕ+−δ
εε
−=ϕ xN
q
D
s
. (1)
Здесь ε
s
– диэлектрическая проницаемость полупроводника.
Из уравнения (1) можно получить, что
()
U
qN
D
s
−ϕ
εε
=δ
0
0
2
, где ϕ
0
– контакт-
ная разность потенциалов, а U – приложенное напряжение. Пространственный
заряд в полупроводнике равен
2. На схеме выбрать образец, заданный преподавателем.
3. Для проведения измерений необходимо создать базу данных, для чего в
«Рабочей тетради» нажать кнопку «Новая».
4. В «Области управления» «Рабочей тетради» появится окно «Изме
р
ение»,
где указывается название измеряемой зависимости, дата и время.
5. Задание уникального имени измеряемой зависимости осуществляется пу-
тем нажатия кнопки «Название».
6. На схеме измерений активизировать функциональный генератор и харак-
териограф.
7. Установить на характериографе необходимый предел измерений и апли-
туду измерительного сигнала 25 мВ.
8. Установить на функциональном генераторе необходимые границы
изме-
нения напряжения смещения и включить функциональный генератор.
9. Записать результаты измерения в таблицу «Рабочей тетради», нажав
кнопку «Записать».
10. Переключиться на схему измерений № 3.
11. На схеме измерений активизировать функциональный генератор и элек-
тронный осциллограф.
12. Установить на функциональном генераторе необходимые границы изме-
нения напряжения смещения и включить функциональный
генератор.
13. Записать результаты измерения в таблицу «Рабочей тетради», нажав
кнопку «Записать».
14. Для осуществления расчетов необходимо открыть окно «построитель вы-
ражений», нажать кнопку «Новое».
15. Записать выражение для расчета
2
1
C
.
16. Построить графики зависимостей измеренных C-V и G-V характеристик и
()
см
2
1
Uf
C
=
, для чего в «области управления» «Рабочей тет
р
ади» нажать кнопку
«График».
17. Построить прямую линию для определения тангенса угла наклона зави-
симости
()
см
2
1
Uf
C
= .
18. Рассчитать концентрацию примеси в полупроводнике по формуле (10):
наклона) углаtg(
2
2
0
⋅εε
−
=
Sq
N
s
.
19. Рассчитать толщину области объемного заряда исходя из концентрации
примеси и по формуле плоского конденсатора для одного из значений напряжения
смещения. Объяснить причину расхождения результатов расчета.
Вариант №3
Исследование МДП-структуры с помощью метода вольт-фарадных характери-
стик.
5 40 
     2. На схеме выбрать образец, заданный преподавателем.                           Шоттки (диод Шоттки).
     3. Для проведения измерений необходимо создать базу данных, для чего в              Форма такого барьера существенно отличается от формы барьеров с неметал-
«Рабочей тетради» нажать кнопку «Новая».                                             лическими веществами. Самое главное – вершина барьера имеет треугольную
     4. В «Области управления» «Рабочей тетради» появится окно «Измерение»,          форму, т. е. толщина его явно уменьшается при приближении энергии частиц к
где указывается название измеряемой зависимости, дата и время.                       вершине. В результате этого появляется возможность туннельного перехода, ве-
     5. Задание уникального имени измеряемой зависимости осуществляется пу-          роятность которого повышается по мере приближения к вершине потенциального
тем нажатия кнопки «Название».                                                       барьера.
     6. На схеме измерений активизировать функциональный генератор и харак-
                                                                                         На рис. 2 представлена типичная энергетическая диаграмма перехода металл-
териограф.
                                                                                     полупроводник n-типа в равновесном состоянии (без внешнего электрического
     7. Установить на характериографе необходимый предел измерений и апли-
                                                                                     поля). На этом же рисунке показано распределение носителей заряда. Поскольку
туду измерительного сигнала 25 мВ.
                                                                                     электронов в металле намного больше, мы видим только часть распределения.
     8. Установить на функциональном генераторе необходимые границы изме-




                                                                                                                                                                E
нения напряжения смещения и включить функциональный генератор.                                                           Ме                 n-п/п




                                                                                                         E
     9. Записать результаты измерения в таблицу «Рабочей тетради», нажав
кнопку «Записать».
     10. Переключиться на схему измерений № 3.
                                                                                                                  ΔEMe                                  q ϕ0
     11. На схеме измерений активизировать функциональный генератор и элек-




                                                                                                                                                                                N
тронный осциллограф.
     12. Установить на функциональном генераторе необходимые границы изме-                                                                                 EC




                                                                                        N
                                                                                                                EF             ΔEC           Обедненный
нения напряжения смещения и включить функциональный генератор.
                                                                                                                                                слой
     13. Записать результаты измерения в таблицу «Рабочей тетради», нажав
кнопку «Записать».                                                                                Рис. 2. Энергетическая диаграмма и концентрация носителей заряда
                                                                                                            в равновесном переходе металл-полупроводник
     14. Для осуществления расчетов необходимо открыть окно «построитель вы-
ражений», нажать кнопку «Новое».                                                         В плоскости металлургического контакта здесь присутствует разрыв зон ΔEC;
                                                 1                                   потенциальных барьеров два и они разные по величине: ΔEМе – барьер для элек-
     15. Записать выражение для расчета            .
                                                C2                                   тронов металла, qϕ0 – для электронов полупроводника.
     16. Построить графики зависимостей измеренных C-V и G-V характеристик и              Чтобы рассчитать распределение электрического потенциала в месте контак-
  1                                                                                  та, необходимо решить уравнение Пуассона. В предположении обеднения (в обед-
     = f (U см ) , для чего в «области управления» «Рабочей тетради» нажать кнопку
 C2                                                                                  ненном слое вблизи металлургической границы отсутствуют носители заряда)
«График».                                                                            заряд в обедненной области протяженностью δ обусловлен зарядами ионизиро-
     17. Построить прямую линию для определения тангенса угла наклона зави-          ванных доноров ND. В этом случае решение уравнения дает следующие результа-
            1                                                                        ты (рис. 3):
симости        = f (U см ) .
           C2                                                                                                       q
                                                                                                             E=            N D ( δ − x) ;
     18. Рассчитать концентрацию примеси в полупроводнике по формуле (10):                                        2ε s ε 0
                               −2                                                                                      q
          N=             2
                                              .                                                              ϕ=−              N D ( δ − x )2 + ϕп/п .                     (1)
               qε s ε 0 S ⋅ tg( угла наклона)                                                                        2ε s ε 0
     19. Рассчитать толщину области объемного заряда исходя из концентрации
                                                                                     Здесь εs – диэлектрическая проницаемость полупроводника.
примеси и по формуле плоского конденсатора для одного из значений напряжения
смещения. Объяснить причину расхождения результатов расчета.                                                                                    2ε s ε 0
                                                                                        Из уравнения (1) можно получить, что δ =                         (ϕ0 − U ) , где ϕ0 – контакт-
                                                                                                                                                qN D
   Вариант №3
                                                                                     ная разность потенциалов, а U – приложенное напряжение. Пространственный
    Исследование МДП-структуры с помощью метода вольт-фарадных характери-            заряд в полупроводнике равен
стик.

                                            40                                                                                          5

Страницы