3. Ідентифікація первинних параметрів моделі діода

Параметри лінійних віток:

- тепловий опір перехід-корпус;

- опір бази при нульовому зміщенні діода;

а - коефіцієнт лінійної апроксимації R_б=f(U_п).

Параметри і потокові змінні нелінійних віток моделі описуються співвідношеннями, наведеними вище, а їх первинними параметрами є:

-струм насиченняp-nпереходу при Т_п = Т_п0 = 298 К;

- бар’єрна і дифузійнаємність переходу при нульовомузміщенніU_п=0;

- контактна різницяпотенціалів.

Зв'язок між електричною та тепловою частинами комплексної топологічної моделі визначається співвідношеннями:

(1.7)

де - коефіцієнт температурної залежності струму насичення.

(1.8)

де - теплова потужність розсіювання діода;

- температурний потенціал.

Отже, первинними параметрами комплексної фізики-топологічної моделі напівпровідникового діода є: , , а, , , , .

Як видно з наведеного вище опису, модель відображає структуру, властивості і параметри реального діода.

Наведена далі методика дозволяє розрахувати первинні параметри КФТМ діода та на їх основі отримати параметри і характеристики реального напівпровідникового діода.

1. Розрахунок фізичних параметрів структури

Концентрація основних і неосновних носіїв заряду p- і n- ділянок , , , та концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику визначаються так:

де Nc, Nv – ефективна щільність станів, м^-3;

Eg – ширина забороненої зони, еВ;

Т=Т_П0 – кімнатна температура, що дорівнює 298 К;

К – постійна Больцмана (К = 1,38*10^-23 Ф/м).

Умови для розрахунків основних та неосновних носіїв:

Якщо: < , тоді , (1.10)

де N_д– концентрація донорної домішки у напівпровіднику, м^-3;

n_n0– концентрація основних носіїв -ділянок, м^-3;

p_n0– концернтрація неосновних носіїв - ділянок, м^-3.

Nд=4*10¹⁴ см^-3 = 4*10²⁰ (м^-3)

Умова виконується, тоді:

; n_no=4*10²⁰(м^-3)

Якщо: < , тоді , (1.11)

де N_a– концентрація акцепторної домішки у напівпровіднику, м^-3;

n_p0– концентрація неосновних носіїв - ділянок, м^-3;

p_p0– концентрація основних носіїв р- ділянок, м^-3.

Nа=4*10¹⁷(см^-3)= 4*10²³ (м^-3)

Умова виконується, тоді:

; p_рo=4*10²³ (м^-3)

Питома електропровідність р- іn- ділянок :

(1.12)

(1.13)

q – заряд електрона, q=1.6021892*10^-19 Кл;

μ_n, μ_p– рухливість носіїв заряду, м²/(В*с).

За формулами (1.12), (1.13) розрахуймо питому провідність.

Струм насичення переходу I_s0:

(1.14)

де S_n– площа переходу, м²;

j_ns0, j_ps0 – електронна та діркова складові струму насичення при Т_П0, (А/м²).

(1.15)

(1.16)

де L_n, L_p – дифузійна довжина електронів і дірок, м;

τ_n, τ_p – час життя носіїв заряду, с.

(1.17)

(1.18)

де φ_T – температурний потенціал, В;

μ_{n ,} μ_p– рухливість носіїв заряду, м²/(В*с)

(1.19)

де К – стала Больцмана (К = 1,38*10^-23 Ф/м);

Т_П0– кімнатна температура, що дорівнює 298К;

q– заряд електрона, q=1.6021892*10^-19 Кл;

За формулою (1.19) розрахуємо температурний потенціал φ_T:

Підставимо значення φ_T у формули (1.17) та (1.18) і розрахуємо дифузійні довжини електронів і дірок:

Підставимо значення L_n, L_p у формули (1.15) та (1.16) і знайдемо електронну та діркову складові струму насичення при Т_П0: