1. Розрахунок параметрів комплексної фізико-топологічної моделі (кфтм) парівпровідникового діода. Побудування енергетичної діаграми

1. Вихідні дані

1. Характеристики та параметри вихідного матеріалу

Загальна характеристика напівпровідникового діода.

Кремний — элемент главной подгруппы четвёртой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Обозначается символом Si (лат. Silicium).

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Таким образом по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л[2].

Фізичні параметри напівпровідника приведені в таблиці 1.1 . / http://uk.wikipedia.org ; Методичні вказівки до виконання РГЗ з дисципліни « Фізичні основи електричних приладів» /

Табл. 1.1 – Фізичні параметри напівпровідникаGe

Параметри		Si
Ширина забороненої зони, , еВ		1,12
Рухливість носіїв заряді,		0,14
		0,05
Ефективна щільність станів, см-3.		2,8∙
		1,02∙
Діелектрична проникність ε, відн.од.		12,5
Коефіцієнт теплопровідності , Вт/(м∙К)		145
Максимальна допустима температура , К		403
Коефіцієнт температурної залежності , К		12900

2. Аналіз домішок

Легуюча домішка — домішковий елемент, що вводиться в матеріал у дуже малій концентрації з метою зміни електричних параметрів або оптичних властивостей матеріалу. У випадку з кристалічними матеріалами, атоми домішок часто займають місце елементів, що містилися в кристалічній ґратці матеріалу. Цими матеріалами частіше за все є або кристали напівпровідників (кремній, германій, та ін.), що використовуються в твердотільній електроніці, або ж прозорі кристали, що використовуються для виготовлення різного типу лазерів. Однак, некристалічні матеріали, як наприклад скло, також можна легувати домішками для виготовлення лазерів.

Акцепторна домішка (лат. acceptor — той, що приймає) — домішка у напівпровіднику, іонізація якої супроводжується захопленням електронів з валентної зони або з донорної домішки. Типовий приклад акцепторної домішки — атоми елементів ІІІ групи (В, Al, Ga, In) в елементарних напівпровідниках IV групи — Ge та Si. В складних напівпровідниках акцепторними домішками можуть бути атоми електровід'ємних елементів (О, S, Se, Те, С1 та ін.), що є надлишковими відносно складу, що відповідає стехіометричній формулі. Введення акцепторної домішки надає цьому напівпровіднику діркову провідність, таким чином іонізація акцепторної домішки призводить до появи дірок у валентній зоні, що описується як перехід електрона із валентної зони на рівень акцепторної домішки, що розташований в забороненій зоні.

Донорна домішка — домішка в напівпровідниковому кристалі стороннього хімічного елементу, атоми якого є акцепторами. Іонізація такої домішки призводить до переходу електрону в зону провідності або на рівень акцепторної домішки. Типовий приклад донорних домішок — домішки елементів V групи (Р, As, Sb, Bi) в елементарних напівпровідниках IV — Ge та Si. В складних напівпровідниках роль донорних домішок можуть відігравати атоми електрододатніх елементів (Сu, Zn, Cd, Hg та ін.), що є надлишковими відносно складу, що відповідає стехіометричній формулі напівпровідника. Введення донорної домішки надає цьому напівпровіднику електронну провідність, оскільки іонізація донорної домішки призводить до появи електронів у зоні провідності, що описується як перехід електрона в зону провідності з донорного рівня, що розташований в забороненій зоні.

У якості акцепторної домішки дано – Sb, а у якості донорної – Ga.

Сурьма (Stibium)-елемент головної підгрупи п'ятої групи п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. И. Менделєєва, атомний номер 51.Сурма все більше застосовується в напівпровідниковій промисловості при виробництві діодів, інфрачервоних детекторів пристроїв з ефектом Холу. Є компонентом свинцевих сплавів, що збільшує їх твердість і механічну міцність.Звичайна сурма - сріблясто-білий з сильним блиском метал. На відміну від більшості інших металів, при застиганні розширюється. / http://uk.wikipedia.org

Галій, Ґалій, (Ga) – хімічний елемент з атомним номером 31, проста речовина якого однойменний сріблясто-білий м'який метал. Галій належить до групи 13 пері одичної таблиці або до III групи за старою класифікацією.Металевий галій стійкий до дії повітря, води. З кислотами та лугами утворює галати. Густина твердого галію 59,04; рідкого - 60,95. Температура плавлення 29,75 ОС, кипіння 2403 ОС. Геохімічно близький до Al, Zn, Fe. Вміст у земній корі 1,5×10-3 мас.%. Єдиний мінерал галію – ґаліт. Основна маса галію зосереджена в мінералах алюмінію і накопичується в нефелінових сієнітах (середній вміст 0,004%), лужних метасомах (до 0,02%)бокситах (0,0052%) сфалеритах (до 0,018%). У вивержених породах Ga тісно пов’язаний з Al. У гідротермальних родовищах галій накопичується як ізоморфна домішка (до 0,01-0,02%) у сфалеритах, а в зоні гіпергенезу – разом з Al в бокситах (2·10-3-1·10-2%).

Основні параметри домішок в напівпровідникових матеріалах наведені в таблиці 1.2.

Табл. 1.2 – Параметри домішок в напівпровідникових матеріалах

Параметр	Сурьма Sb		Галій Ga
	Позн.	Величина	Позн.	Величина
Тип домішки	А	акцепторна	Д	донорна
Енергія іонізації, еВ	ΔЕа	0,039	ΔЕа	0,055
Концентрація у н/п, cм-3	Na	4*1023	Nд	4*1020
Час життя носіїв заряду, с	τn	3*10-3	τp	8*10-3