Лабораторные работы по оптоэлектронике Исследование основных параметров полупроводникового лазера Полупроводниковые детекторы оптического излучения Волоконно-оптический световод Электронно-дырочный переход Грейдер

Определить во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения p-n-перехода, если температура увеличивается:

– от Т1′ до Т2′ для германиевого диода;

– от Т1″ до Т2″ для кремниевого диода.

Опишите физические процессы, происходящие в p-n-переходах:

– при лавинном пробое;

– при туннельном пробое.

Р-n-переход изготовлен из легированного германия с концентрацией акцепторной и донорной примесей соответственно NAi и NDi. Определите толщину обедненного слоя, если при обратном смещении величина максимального электрического поля в переходе равна Еmi.

Рассчитать и построить энергетическую диаграмму p–n-перехода в равновесном состоянии, а также при напряжении, соответствующем величине Еmi.

Многоэлектронный атом. Правила распределения электронов по орбиталям. В многоэлектронных атомах вокруг положительно заряженного ядра двигается несколько электронов, их число равно порядковому номеру атома в таблице Менделеева. У многоэлектронных атомов система энергетических уровней усложняется. Это связано с тем, что каждый электрон в данном случае не только притягивается ядром, но и отталкивается другими электронами.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 3.1 – 3.5, представлены в табл. 3.

Таблица 3

варианта

Т1′ – Т2′,

°С

Т1″ – Т2″,

°С

NAi,

м-3

NDi,

м-3

Еmi,

В/м

3.1

0–20

0–35

9×1023

2×1023

1×106

Окончание табл. 3

варианта

Т1′ – Т2′,

°С

Т1″ – Т2″,

°С

NAi,

м-3

NDi,

м-3

Еmi,

В/м

3.1

0–20

0–35

9×1023

2×1023

1×106

3.2

20–40

35–70

1×1023

5×1022

2×106

3.3

40–60

70–105

2×1023

2×1022

4×106

3.4

60–80

105–140

4×1023

8×1022

8×106

3.5

80–100

140–175

5×1023

1×1023

1×106

Задание к вопросу о методе формирования

полупроводниковой структуры

3.1. Методы герметизации интегральных микросхем в корпусах различного типа.

3.2. Бескорпусная герметизация интегральных микросхем.

3.3. Оптическая литография.

3.4. Электронно-лучевая литография.

3.5. Рентгеновская литография.

Варианты 4.1 – 4.5

Р-n–переход формируется путем диффузии бора из источника ограниченной мощности в кремний n-типа с удельным сопротивлением ri, Ом×м. Концентрация бора на поверхности равна NА0, м-3. Известно, что на глубине xi, мкм от поверхности концентрация бора уменьшается в е раз. Площадь поперечного сечения p–n-перехода – Si, мм2, обратное смещение – Uобрi, B.

Определить:

– концентрацию основных nn и неосновных pn носителей заряда в подложке;

– градиент концентрации примесей в области локализации р–n-перехода a(x0) (напоминаем, что образование плавного р–n-перехода происходит на расстоянии x = x0 от поверхности подложки, при этом NA(x0) = ND);

– ширину p-n-перехода W и барьерную емкость p–n-перехода Cb при обратном смещении Uобрi (при этом величиной контактной разности потенциалов φ0 по сравнению с величиной Uобрi можно пренебречь);

– максимальную напряженность электрического поля в p–n-переходе Em;

– ток диода I при прямом напряжении Uпрi, B (в расчетах можно считать τp,n = 1 мкс);

– напряжение пробоя Uпр, предполагая, что его механизм носит лавинный характер.

Рассчитать и построить энергетическую диаграмму p-n–перехода при Uобрi. (При построении энергетических зон р-области необходимо дважды рассчитать величину объемного потенциала φобр: 1) непосредственно вблизи обедненной области, полагая NA » ND; 2) вдали от обедненной области, полагая NA » NA0. Таким образом, на чертеже энергетической диаграммы рассматриваемого p–n-перехода уровни Ec, Ev, и Ei будут иметь наклон относительно уровня ферми Efp.)

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 4.1 – 4.5, представлены в табл. 4.

Таблица 4

варианта

ri,

Ом×см

NA0,

м-3

xi,

мкм

Si,

мм2

Uобрi,

В

Uпрi,

В

Еi,

В/м

4.1

1

5×1023

1,5

1,0

4

0,25

5×107

4.2

4

1×1023

1,1

0,8

5

0,30

1×107

4.3

20

5×1022

1,0

1,2

6

0,45

2×107

Окончание табл. 4

варианта

ri,

Ом×см

NA0,

м-3

xi,

мкм

Si,

мм2

Uобрi,

В

Uпрi,

В

Еi,

В/м

4.1

1

5×1023

1,5

1,0

4

0,25

5×107

4.2

4

1×1023

1,1

0,8

5

0,30

1×107

4.3

20

5×1022

1,0

1,2

6

0,45

2×107

4.4

100

1×1022

1,7

0,6

7

0,15

8×106

4.5

400

5×1021

0,8

1,4

8

0,90

7×107

Задание к вопросу о методе формирования

полупроводниковой структуры

4.1. Методы контроля и испытаний интегральных микросхем.

4.2. Электронно-лучевая обработка (элионика) в технологии интегральных микросхем.

4.3. Лазерная обработка в технологии интегральных микросхем.

4.4. Прогнозирование надежности полупроводниковых приборов и их диагностика.

4.5. Виды и механизмы отказов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

4.2. Структура металл-полупроводник

Варианты 5.1 – 5.5

Рассчитать ВАХ контакта "металл-полупроводник" на основе кремния с концентрацией примеси, равной N, при заданной температуре Т. Площадь контакта "металл-полупроводник" считать равной S = 1×10-6м2.

С этой целью необходимо определить:

– контактную разность потенциалов j0 и высоту барьера Шоттки jb;

– толщину обедненного слоя полупроводника W в равновесном состоянии;

– величину длины свободного пробега l носителей заряда в полупроводнике и на основе сравнения с величиной W выбрать выражение для расчета ВАХ.

Определить барьерную емкость контакта металл-полупроводник при обратном напряжении смещения Uсм.

Оценить вероятность туннелирования электронов с энергией E, сквозь барьер при заданном прямом напряжении смещения Uсм.

Выполнить расчет и построение энергетической диаграммы контакта "металл-полупроводник" для заданного напряжения смещения.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 5.1 – 5.5, представлены в табл. 5.

Таблица 5

№ варианта

Тип проводи-мости кремния

Работа выхода электронов из металла

jМ,

эВ

Т,

К

N,

см-3

Uсм,

B

E/jb

5.1

p

4,1 (Al)

320

5×1013

3

0,9

5.2

p

4,4 (Cr)

305

5×1017

0,5

0,95

5.3

n

4,75 (Au)

310

5×1015

4

0,95

5.4

n

4,3 (Ag)

315

5×1016

1

0,95

5.5

n

4,5 (W)

300

5×1013

2

0,9

Задание к вопросу о методе формирования

 полупроводниковой структуры

5.1. Методы получения монокристаллических подложек.

5.2. Механизмы роста пленок на подложках.

5.3. Механизмы удаления поверхностных загрязнений подложек.

5.4. Кинетика химического травления кремния.

5.5. Методы и механизмы геттерирования собственных и

 примесных дефектов в полупроводниковых подложках.