光电信息学院课程设计

题目：

Pn结二极管电流温度特性研究

姓名：  丁康，    敬天帅，    罗家吉

学号：11216010106， 1121601011，1121601017

指导老师：苏萍

Pn结二极管电流温度特性研究

班级学号：112160101   学号：06，11，17  作者：丁康

摘要：根据参考文献得到实验原理，由matlab编程绘制特性曲线图。得到结论是在pn结二极管中随着温度的增加，反向饱和电流增大。

关键词：反向饱和电流  Pn结 电流 温度

引言：PN 结反向电流在室温条件下随温度变化之大是其它温敏元件无法比拟的，所以在本文中特此为PN结二极管反向饱和电流与温度变化的关系，运用已知的知识及使用matlab得出其效应曲线。

题目：

假设半导体迁移率，扩散系数以及少子寿命均是与温度无关的参量（采用T=300K时的数据），假设τ_n0=10^-6 τ_p0=10^-7(为了方便后面我们用tp0与tn0代替输入)Nd=5e15 Na=5e16 画出硅，锗，砷化镓理想PN结的的温度在200-500K范围内变化时，理想反向饱和电流随温度变化的曲线。

实验原理

理想pn结二极管的反向饱和电流密度JS是热平衡条件下少子浓度np0和pn0的函数：

         （1）               

 

而np0和pn0都与ni2成正比，由此可见反向饱和电流密度JS是温度的敏感函数，忽略扩散系数与温度的依赖关系，则有：

    （2）               

我们可以由公式（1）得到反向电流密度为Js=e*ni^2[1/Na*sqrt(Dn/tn0)+1/Nd(Dp/tp0)]

而又可以由公式（2）及半导体平衡得出ni^2=Nc*Nv*exp(-Eg/KT).其中Eg（禁带宽度），Nc（导带有效状态密度）,Nv（价带有效状态密度）三个参量与材料相关。反向饱和电流为Js与pn结横截面积的积。设横截面积为A。

分析计算

由实验原理中分析我们得到最终计算公式：

Is=eNcNvT^3exp(-Eg/KT)[1/Na(Dn/tn0)^1/2+1/Nd(Dp/tp0)^1/2]A

A为pn结横截面积,为自定义数据,在后面的运算中我们令它为1。其他数据：

K=8.62e-5      Na=5*10^16(cm^-3)   Nd=5*10^15(cm^-3)  tn0=10^-6  tp0=10^-7

Dn=25(cm^2/s)  Dp=10(cm^2/s)   e=1.60*10^-19C

在matlab中编写程序并输入数据。

Matlab程序代码：

K=8.62e-5;

Na=5e16;

Nd=5e15;

tn0=1e-6;

tp0=1e-7;

Dn=25;

Dp=10;

e=1.60e-19;

nc=input('Input a nc:');

nv=input('Input a nv:');

eg=input('Input a eg:');

C=e*nc*nv*((1/Na)*sqrt(Dn/tn0)+(1/Nd)*sqrt(Dp/tp0));

T=200:1:500;

I=C*(T.^3).*exp(-eg./(K.*T));

plot(T,I);

输入硅材料特性：Nc=2.8e19  Nv=1.04e19 eg=1.12

得到曲线：

输入锗材料特性：Nc=1.04e19 Nv=6.0e19 eg=0.66

得到曲线

输入砷化镓材料特性：Nc=4.7e17  Nv=7.0e18 eg=1.42

得到曲线：

总结：

根据图形我们可以看出随着温度的上升，反向饱和电流增大，在450K后增大速度明显加快。

在硅，锗，砷化镓三种材料中，由数量级可以看出，砷化镓变化最小，锗变化最大。

参考文献：

《半导体物理与器件》（第三版）   Donald A.Neamen(美)著

 

第二篇：二极管的温度特性