Материал: sb000008

10

В данном примере система автоматически создала 207 узлов и 360 треугольников. Если полученное разбиение окажется неудовлетворительным с точки зрения точности результата, степень дискретизации можно увеличить с помощью команды Mesh | Refine Mesh (кнопка с четырьмя маленькими треугольниками либо комбинация клавиш – Ctrl+I).

11

Решение задачи на построенной таким образом сетке с заданными граничными условиями производится командой Solve | Solve PDE при нажатии кнопки с изображением знака “=”, либо комбинации клавиш Ctrl+E.

Найденное решение отображается в окне среды PDE Toolbox.

1.3.Порядок выполнения работы

1.По заданию, выданному преподавателем, построить сеточную и расчётную области для определения диффузионного профиля.

2.Задать граничные условия.

3.Произвести триангуляцию области и расчёт для различных триангуляций и сравнить полученные результаты.

4.Изобразить двумерный график профиля легирования.

5.Построить трёхмерный график зависимости концентрации от координат x и y.

1.4.Содержание отчёта

1.Программы для расчёта формы крышек, создающих простые, с точки зрения их аналитического представления, поля в декартовой и цилиндрической системах координат.

2.Графики эквипотенциальных линий.

3.Трехмерные графики зависимостей концентрации в координатах xy.

4.Зависимости точности решения от количества треугольников.

12

2. Исследование карбидокремниевого полупроводникового диода

Цель работы – исследование основных физических процессов, определяющих вольт-амперную характеристику (ВАХ) карбидокремниевого диода и процесс его восстановления, а также моделирование методики измерения времени жизни носителей заряда.

2.1. Основные теоретические положения

Карбидокремниевая силовая электроника интенсивно развивается. Наиболее привлекают такие свойства карбида кремния, как высокая напряжён-

Cu), высокое значение скорости электронов в сильных электрических полях (2·107 см/с). Уже созданы силовые диоды, транзисторы, тиристоры, которые демонстрируют значительное превосходство над приборами из Si и GaAs по таким важным параметрам, как прямое падение напряжения при высоких плотностях токов, высокая рабочая температура, высокая скорость переключения.

2.2.Программа работы и указания по ее выполнению

1.По заданию, выданному преподавателем, построить профиль леги-

рования силового диода со структурой p+– n– n+ из карбида кремния.

2.Рассчитать прямую ветвь ВАХ диода, включив все эффекты сильного легирования, инжекции и неполной ионизации акцепторной примеси в p+-эмиттере.

3.Определить ток насыщения и построить на том же графике ВАХ идеального диода.

4.Включая и отключая вышеуказанные эффекты, построить ряд ВАХ

исравнить их с ВАХ, в которой учтены все эффекты. Проанализировать их влияние на ВАХ.

5.Выбрать на ВАХ значение тока, соответствующего среднему уровню инжекции, и рассчитать изменения напряжения и тока диода при воздействии прямого импульса от генератора тока (рис. П1,а). Амплитуда тока в импульсе при этом должна соответствовать выбранному из ВАХ значению.

13

По наклону спада импульса напряжения оценить время жизни носителей заряда в базе диода.

6. Выбрать на ВАХ значение напряжения, соответствующего среднему уровню инжекции, и рассчитать изменения напряжения и тока диода при воздействии прямого импульса от генератора напряжения (рис. П1,б). Амплитуда напряжения в импульсе должна соответствовать выбранному из ВАХ значению. По длительности “ плато” импульса тока после момента переключения напряжения оценить время жизни носителей заряда в базе диода.

3.Исследование биполярного транзистора

всхеме с общей базой

Цель работы – исследование основных физических эффектов, определяющих процессы переноса носителей заряда в биполярном транзисторе (БТ) (сужение запрещённой зоны в сильнолегированных областях, рекомбинация Шокли– Рида– Холла, Оже-рекомбинация, эффекты Эрли и Кирка, влияние

пассивного сопротивления базы), их влияние на статические и переходные характеристики транзистора.

3.1. Основные теоретические положения

При анализе процессов в БТ, включённом по схеме с общей базой, удобно рассматривать БТ, условно состоящим из двух частей: инжектирующей – перехода “ эмиттер – база” и перехода “ база – коллектор”, где происходит взаимодействие инжектированных носителей заряда с электрическим полем.

Статические характеристики транзистора можно получить из теории p– n-перехода. Будем считать, что ВАХ эмиттерного и коллекторного переходов подчиняются уравнениям идеального диода, т. е. можно пренебречь эффек-

14

тами, обусловленными поверхностной рекомбинацией-генерацией, последовательным сопротивлением и высоким уровнем инжекции.

При условии, что весь потенциал падает на обеднённой области p– n- перехода (рис. 3.2, б), из уравнения непрерывности и уравнения для плотно-

б

EC

EV

в

Рис. 3.2. Биполярный транзистор p– n– p-типа, включённый по схеме с общей базой (а), профиль легирования транзистора со ступенчатым распределением примесей (б)

и зонная диаграмма при нормальной работе (в)

сти токов определяются равновесные характеристики. Для нейтральной области базы уравнения имеют вид