Скачать 250.88 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ЗАПОРОЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯФакультет электроники и электронных технологийКурсовой проектпо “твердотельной электронике” На тему: “Расчет полупроводникового диода и МДП-транзистора”. Выполнил Бугрим А.А Номер зачётной книжки Проверила : Переверзєва О.Н. Дата здачи: ____________ Дата проверки ____________ Запорожье2004 РЕФЕРАТ 26 страниц, 1 приложение, 6 таблиц, 6 графиков, 4 источника литературы В работе рассматривается транзистор МДП-структкры и диод. Описываются их классификация, свойства, параметры. Произведен расчет основных параметров, зависимостей, характеристик. Представлены таблицы и графики прямой и обратной ВАХ диода, передаточная и стоковые характеристики для МДП-транзистора. Диод, МДП-транзистор, режим обеднения, инверсия, канал, затвор, сток, исток, ток, пороговое напряжение, подвижность, температура, ёмкость, вольт-амперная характеристика, крутизна. СОДЕРЖАНИЕ Стр. ВВЕДЕНИЕ 5 1 Полупроводниковый диод 6-10 1.1 Принципы классификации полупроводниковых диодов 6-8 1.2 Выпрямительные диоды 8-9 1.3 Импульсные диоды 9-10 2 МДП-транзистор 10-14 2.1 Классификация и основные особенности транзисторов 10-12 2.2 Система обозначений транзисторов 12-14 2.3 МДП-структура с индуцированным каналом 14 3 Расчет параметров диода 15-17 4 Расчет характеристик диода 17-19 5 Расчет параметров и характеристик МДП-транзистора 20-24 ВЫВОД 25 Список использованной литературы 26 ВВЕДЕНИЕ С момента изобретения полупроводниковых приборов, они нашли широкое применение в самой разнообразной аппаратуре. Это связано с их преимуществами перед вакуумными лампами, отсутствие цепей накала, миниатюрное конструктивное оформление, высокая механическая прочность и практически мгновенная готовность к работе, что позволило коренным образом изменить внешний облик и функциональные возможности аппаратуры. В настоящее время наибольшее распространение получили полностью управляемые вентили - полевые и биполярные транзисторы- и замена ими диодов и тиристоров, особенно в устройствах малой и средней мощности. Кроме того, транзисторы используются в промышленных устройствах в качестве усилительных и ключевых элементов. Электронные устройства (схемы) состоят из электрически связанных между собой пассивных компонентов и активных компонентов – полупроводниковых приборов. Изучение основ работы полупроводниковых приборов дает возможность изучит, и понять работу более сложных схем [1]. 1.1 ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Полупроводниковые диоды широко применяются в устройствах радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники, силовой (энергетической) преобразовательной техники. Несмотря на большое разнообразие и широкую номенклатуру выпускаемых в настоящее время диодов, их можно классифицировать по ряду признаков, важнейшими из которых являются физические эффекты и явления, определяющие механизм работы приборов, конструктивно-технологические особенности, совокупность параметров и области применения. Классификация современных полупроводниковых диодов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, исходному полупроводниковому материалу находит отражение в системе условных обозначений диодов. В основу системы условных обозначений и маркировки диодов положен буквенно-цифровой код, отражающий информацию об исходном полупроводниковом материале, подклассе (или группе) приборов, назначении (параметр или принцип действия), порядковом номере разработки. Условное обозначение включает еще ряд буквенно-цифровых элементов, определяющих классификацию по параметрам диодов (ток, напряжение, быстродействие) и содержащих дополнительную информацию (исполнение корпуса диода, размер под ключ или диаметр таблетки и др.). По типу исходного полупроводникового материала диоды делятся на кремниевые, германиевые и диоды из арсенида галлия. Реже применяются другие полупроводниковые материалы: селен, карбид кремния. Большинство современных полупроводниковых диодов изготавливаются на основе кремния. В зависимости от конструктивно-технологических особенностей различают плоскостные, точечные и микросплавные диоды. Точечные и микросплавные диоды предназначены для работы на СВЧ и имеют ограниченный выпуск. Диоды изготавливают по диффузионной и сплавной технологии с применением операций эпитаксии и имплантации примесей. Сплавная технология в настоящее время имеет ограниченное применение. Класс диодов содержит следующие подклассы: выпрямительные диоды, импульсные диоды, сверхвысокочастотные диоды, стабилитроны, стабисторы, варикапы и параметрические диоды, диоды Шоттки, туннельные и обращенные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды, светоизлучающие диоды и полупроводниковые лазеры, фотодиоды, магнитодиоды, тензодиоды и др. Особое место в силовой (энергетической) полупроводниковой электронике занимают силовые диоды (с предельным средним или предельным действующим током 10 А и более), или, по другой отечественной классификации, мощные диоды (с рассеиваемой мощностью 1 Вт и более). Силовые полупроводниковые диоды имеют несколько отличающуюся систему классификации и систему обозначений. По нагрузочной способности в области пробоя силовые диоды подразделяются на выпрямительные, лавинные выпрямительные, лавинные выпрямительные с контролируемым пробоем. Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока. Для этих диодов работа в области пробоя недопустима. В соответствии с действующими стандартами (техническими условиями) к этим диодам даже кратковременно не разрешается прикладывать обратные напряжения, приводящие к лавинному пробою р-п переходов. Лавинные выпрямительные диоды могут в течение ограниченного интервала времени рассеивать импульс приложенной энергии в области пробоя, при работе на обратной ВАХ, т. е. работать в качестве ограничителя напряжения. Вольт-амперная характеристика выпрямительного кремневого диода средней мощности приведена на рисунке 1. Рисунок 1- Вольт-амперные характеристики полупроводникового диода средней мощности Лавинные выпрямительные диоды с контролируемым пробоем предназначены для работы в установившемся режиме в области пробоя, т. е. могут работать в качестве стабилизаторов, а в отдельных случаях - в качестве ограничителей напряжения. Система параметров диодов включает большое число параметров. Параметры диодов подразделяются на предельные параметры, определяющие предельно допустимые значения- максимально и (или) минимально допустимые значения— и характеризующие (рабочие) параметры. Допустимое значение параметра- это значение, при котором ожидается удовлетворительная работа прибора, а предельно допустимое значение параметра — это значение, за пределами которого прибор может быть поврежден или выведен из строя. Характеризующее значение параметра- это значение электрической, тепловой, механической или другой величины, которое характеризует определенное свойство прибора. Разница между характеризующими и предельно допустимыми значениями параметров заключается в том, что последние нельзя измерять, их можно только проверять. Они устанавливаются на основе опытов, испытаний (часто разрушающих) или расчетов. Характеризующие значения параметров можно непосредственно или косвенно измерить. 1.2 ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Частотный диапазон их работы невелик. При преобразовании промышленного переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц, а верхняя граница рабочих частот - так называемая предельная частота выпрямительных диодов - как правило, не превышает 500 Гц - 20 кГц. Для характеристики выпрямительных диодов используют следующие параметры: максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uoбрmax - напряжение, которое может быть приложено к диоду длительное время без опасности нарушения его работоспособности (обычно Uoбрmax =0,5~0,8 Uпроб, где Uпроб- напряжение пробоя); максимально допустимый постоянный прямой ток Inpmax, постоянное прямое напряжение Uпр, максимально допустимый постоянный обратный ток Iobpmax- обратный ток утечки диода при приложении к нему напряжения Uoбрmax; частота без снижения режимов—верхнее значение частоты, при которой обеспечиваются заданные токи и напряжения. По максимально допустимому выпрямленному току диоды разбиты на три группы: диоды малой мощности (IПР<0,ЗА), диоды средней мощности (0,ЗАпр<10А) и мощные (силовые) диоды (Iпр>10А). Подавляющее большинство кремниевых диодов имеет р+-n-n+ структуры, т. е. изготавливаются на основе высокоомного кремния n-типа электропроводности. Это связано с тем, что поверхность слаболегированного n-кремния не подвержена каналообразованию в отличие от слаболегированного р-кремния. Каналообразование на высокоомном р-кремнии связано с наличием положительного заряда на границе раздела кремний—диоксид кремния и приводит к резкому увеличению токов поверхностной утечки выше допустимой нормы. 1.3 ИМПУЛЬСНЫЕ ДИОДЫ Импульсный диод - это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и предназначенный для применения в импульсных режимах работы. Импульсные диоды используют в качестве ключевых элементов схем, работающих с сигналами длительностью вплоть до наносекундного диапазона. Основным параметром, характеризующим свойства импульсного диода, является время восстановления обратного сопротивления диода tвос, представляющее собой интервал времени от момента подачи импульса обратного напряжения до момента, когда обратный ток диода уменьшается до заданного значения. Импульсные диоды, как правило, имеют малую емкость Сд, измеряемую как емкость между выводами диода при заданном обратном напряжении. Для импульсных диодов указываются также следующие параметры: постоянное прямое напряжение Uпр (при протекании постоянного тока Iпр) и обратный ток Iобр (при заданном обратном напряжении). Предельные режимы работы импульсных диодов характеризуются максимальным значением обратного напряжения Uобртах любой формы и периодичности и максимальным значением прямого импульса тока 1примтах. 2.1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТРАНЗИСТОРОВ Можно выделить три класса полевых полупроводниковых приборов: полевые транзисторы, полевые тиристоры и приборы с зарядовой связью. Широкое распространение в современной электронике находят полевые транзисторы. Полевые приборы в схеме выполняют те же функции, что и биполярные приборы, и могут работать в усилительном или ключевом режиме. Главная особенность полевых приборов состоит в том, что их цепь управления изолирована от выходной цепи диэлектриком или обратносмещенным р-п переходом. Фактически цепь управления полевого прибора представляет собой конденсатор, заряд на обкладках которого изменяется под действием управляющего поля (напряжения). Полупроводниковая обкладка этого конденсатора С входит в выходную цепь прибора: изменение заряда обкладки приводит к изменению сопротивления канала rкан и соответственно выходной мощности. Рисунок 2- МДП-транзистор с поверхностным горизонтальным проводящим каналом: ОПЗ — область пространственного заряда В классе полевых транзисторов различают транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-транзисторы) и транзисторы с управляющим р-п переходом. В МДП-транзисторах управляющая цепь затвор З- исток И отделена от канала диэлектриком. Обычно в качестве диэлектрика используют оксид (диоксид кремния SiO2) и говорят о МОП-транзисторах (со структурой металл-оксид-полупроводник). Проводящий канал в МДП-транзисторах (показан штриховкой на рис. 2) расположен между стоком С и истоком И и имеет повышенную концентрацию носителей заряда по отношению к исходному полупроводнику-подложке. Проводимость канала изменяется с помощью цепи управления либо за счет изменения концентрации носителей заряда канала, либо за счет изменения его геометрических размеров. МДП-транзисторы применяют двух типов: со встроенным и индуцированным каналами. Уменьшение тока на выходе МДП-транзистора со встроенным каналом обеспечивается подачей на управляющий электрод-затвор-напряжения U3 с полярностью, соответствующей знаку носителей заряда в канале: для р-канала Uз>0, для n-канала U3<0. Напряжение затвора U3 указанной полярности вызывает обеднение канала носителями заряда, сопротивление канала увеличивается, и выходной ток уменьшается. Если изменить полярность напряжения на затворе (например, для МДП-транзистора со встроенным р-каналом подать U3<0), то произойдет обогащение канала дырками и соответственно увеличение выходного тока. В МДП-транзисторе с индуцированным каналом при напряжении на затворе, равном нулю, канал отсутствует. Только при приложении к затвору так называемого порогового напряжения образуется (индуцируется) канал. При этом полярность напряжения на затворе должна совпадать со знаком основных носителей в объеме полупроводника-подложки: на поверхности полупроводника индуцируется заряд противоположного знака, т. е. тип проводимости приповерхностного слоя полупроводника инвертируется и образуется проводящий канал. Таким образом, МДП-транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обеднения канала носителями заряда, так и в режиме обогащения. МДП-транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения. В полевых транзисторах с управляющим р-п переходом управляющая цепь отделена от канала обратносмещенным р-п переходом, при этом канал расположен в объеме полупроводника и существует при нулевом напряжении на затворе, т. е. является встроенным каналом. На управляющий р-п переход можно подавать только обратное напряжение, и поэтому полевые транзисторы с управляющим р-п переходом работают в режиме обеднения канала носителями заряда. С точки зрения эксплуатации полупроводниковых приборов необходимо подчеркнуть, что МДП-транзистор с индуцированным каналом в отсутствие напряжения управления заперт -это нормально закрытый прибор. Полевой транзистор со встроенным каналом (полевой транзистор с управляющим р-п переходом или МДП-транзистор со встроенным каналом)-прибор нормально открытый, т. е. для поддержания закрытого состояния таких транзисторов необходимо запирающее смещение в цепи управления. Если цепь управления по какой-либо причине отключается, то нормально закрытый прибор запирается, а в нормально открытом приборе ток на выходе резко возрастает и прибор может выйти из строя. Наибольшее применение в современной электронике получили МДП-транзисторы с индуцированным каналом. 2.2 СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Полевой транзистор имеет три основных электрода: управляющий электрод -затвор |
Моделирование полупроводникового диода Планируемые результаты освоения обучающимися основной образовательной программы начального общего образования ооп | Моделирование полупроводникового диода Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» | ||
В соответствии с Конвенцией мдп Для упрощения осуществления таможенных формальностей применяется книжка мдп, действующая на основании «Таможенной конвенции о международной... | Измерения параметров транзисторов Как оценить качество транзистора? Какие параметры транзистора надо знать, чтобы предугадать его работу в приемнике, усилителе? Как... | ||
Клиническая картина. Стадии протекания мдп Отсутствие дефекта личности даже после многократных приступов свидетельство благоприятного прогноза заболевания в целом. Мдп считается... | Пояснительная записка содержит: 5 рис., 4 источника, 22 стр Цель работы: произвести кинематический анализ и расчёт станка 1П 365, расчёт метчика и расчёт призматического фасонного резца | ||
Как обеспечить функционирование системы таможенного транзита в России без применения книжек мдп? При этом сроки оформления процедуры таможенного транзита по национальной процедуре и с применением книжек мдп практически равны при... | Таможенная конвенция о международной перевозке грузов с применением... Чем больше будет учитель учиться сам, обдумывать каждый урок и соразмерять с силами ученика, чем больше будет следить за ходом мысли... | ||
Тема: «Разработать оптимальное рабочее место инженера-программиста,... | Реферат Работа содержит 22 листа, 12 рисунков, 4 таблицы, 7 источников литературы Расчет посадок цилиндрических, шпоночных соединений, подшипников качения и расчет размерной цепи | ||
Расчет настроек автоматического регулятора Исследовать работу комбинированной автоматической системы управления в целом и ее отдельных контуров. Провести расчет оптимальных... | О применении с 14 сентября 2013 года мер по обеспечению соблюдения... О применении с 14 сентября 2013 года мер по обеспечению соблюдения таможенного транзита, предусмотренных тктс при перевозках в соответствии... | ||
Инструкция по импорту данных из пп «Парус Расчет заработной платы» Данное руководство содержит последовательность действий, необходимых для импорта данных из пп «Парус Расчет заработной платы» | Реферат Алаева В. С. Расчет и моделирование системы электросвязи.... Целью курсовой работы является расчёт и моделирование системы электросвязи в системе схемотехнического моделирования micro-cap 9 | ||
Книга I Охватывает до 200 работ, расчет ее может выполняться вручную (определение затрат времени, материально-технических ресурсов, технико-экономических... | Учебное пособие По выполнение практического занятия и расчетно-графической... В учебном пособии приводятся методические рекомендации по выполнению расчетно-графической работы «Расчет усилительного каскада с... |