5. Контактную разность потенциалов для двух значений температур:

t₁ – комнатная, ;

t₁ = 20⁰C, T₁ = 293 K; t₂ = 20 + 40 = 60⁰C, T₂ = 333 K.

Для расчета контактной разности потенциалов воспользуемся формулой:

При T=293K:

При T₂ = 333 K:

Вывод: с увеличением температуры концентрация носителей увеличивается, а контактная разность потенциалов уменьшается.

6. L – ширину обедненной области или p – n – перехода эмиттер – база. Сделать вывод о влиянии концентрации примеси на L для симметричного и несимметричного p – n – переходов. Изобразить заданный p – n – переход.

Для расчета ширины обедненной области используем следующую формулу:

где: – концентрация примесей в базе ,

– контактная разность потенциалов,

- относительная диэлектрическая постоянная полупроводника.

Ширина обедненной области обратно пропорциональна , поэтому переход (или обедненная область) практически расположен в базе. L = L_э + L_б. Рассчитаем, взяв U = 0:

Несимметричный n⁺ - p - переход

7. Записать условие электрической нейтральности для областей эмиттера и базы, так же для всей системы в состоянии равновесия.

1. Область эмиттера n–типа.

Отрицательный суммарный заряд электронов (основных носителей) уравновешен суммарным зарядом положительных ионов дырок.

2. Область базы p – типа.

Положительный суммарный заряд основных носителей (дырок) уравновешен отрицательным суммарным зарядом неподвижных ионов акцепторов.

3. Условие электрической нейтральности

Σ⁺q = Σ^–q

Сумма положительных зарядов, равна сумме отрицательных зарядов.

Нейтральность нарушается только вблизи границ в обедненной области), хотя в целом p – n переход тоже нейтрален, т.к.

𝑄дон + = 𝑄акц^-

𝑄дон = 𝑞 ∗ 𝑙б ∗ 𝑆 ∗ 𝑁дон

𝑄акц = 𝑞 ∗ 𝑙э ∗ 𝑆 ∗ 𝑁акц

𝑞 ∗ 𝑙б ∗ 𝑆 ∗ 𝑁дон = 𝑞 ∗ 𝑙э ∗ 𝑆 ∗ 𝑁акц

𝑙б ∗ 𝑁дон = 𝑙э ∗ 𝑁акц , т.к. 𝑁дон ≫ 𝑁акц , значит 𝑙э ≪ 𝑙б . Весь переход расположен в базе.

8. Приложить к заданному p – n – переходу сначала прямое, потом обратное напряжение и на одном графике построить вольтамперные характеристики (ВАХ) для двух значений температур t₂ и t₁. Пояснить влияние температуры на прямую и обратную ветви ВАХ.

T₁ = 293К, Т₂ = 333К

Диффузионная емкость рассчитывается по формуле: , где = 10^-6 с – время жизни неосновных носителей в базе.

Барьерная емкость рассчитывается как емкость плоского конденсатора:

1. Рассчитаем значение для температуры T₁ = 293 К. Полученные значения запишем в таблицу №1:

При U=0,15B:

При U=0,2B:

При U=0,25B:

При U=0,275B:

При U=0,3B:

Рассчитаем значение :

Рассчитаем барьерную емкость:

2) Рассчитаем значение I_пр для температуры T₂ = 333 К.

Рассчитаем концентрацию дырок в области n, считая, что концентрация основных носителей не изменилась:

Рассчитаем тепловой ток:

Таблица №1

	Uпр, В	0,15	0,2	0,25	0,275	0,3
Т1=293К	Iпр, мА	1,124	8,13	59	158	424
	Сдиф, нФ	44,43	321,4	2332	6245	16769
	Сбар, нФ	10,8	12,0	13,6	14,8	16,2
Т2=333К	Iпр, мА	6,633	37	210	497	1176

1. Рассчитаем для температуры :

U_обр = -0,05; -0,1; -0,15; -0,2; -1; -2 В.

Рассчитаем барьерную емкость:

2) Рассчитаем значение I_обр для температуры T₂ = 333 К, _т = 0,029 В

Таблица №2

	Uобр, В	-0,05	-0,1	-0,15	-0,2	-1	-2
Т1=293К	Iобр, мкА	-2,58	-2,94	-2,99	-3,00	-3,00	-3,00
	Сбар, пФ	8,20	7,80	7,45	7,14	4,72	3,62
Т2=333К	Iобр, мкА	-31,1	-36,6	-37,6	-37,8	-37,8	-37,8

Ток, проходящий через p⁺ – n – переход, зависит от величины и полярности приложенного напряжения. Это зависимость выражается формулой:

I - ток через p – n – переход;

I₀ - тепловой ток;

U - приложенное внешнее напряжение;

– температурный потенциал.

Из формулы видно, что ток через p – n – переход зависит не только от приложенного напряжения, но и от температуры.

Влияние температуры на прямую и обратную ветви ВАХ p-n-перехода показано штриховой линией (Рис 1.1). Прямая ветвь при более высокой температуре располагается левее, а обратная – ниже. Таким образом, повышение, температуры при неизменном внешнем напряжении приводит к росту как прямого, так и обратного токов. Причиной такого влияния повышения температуры является уменьшение прямого и обратного сопротивлений из-за термогенерации пар носителей заряда, а также из-за снижения потенциального барьера и увеличения энергии подвижных носителей зарядов.