Введение 4
1 Анализ структур лавинно - пролетных диодов, режимы работы и параметры..6
1.1 Лавинно - пролетный диод общие сведения и режимы работы 6
1.2 Структура 12
1.3 Основные параметры лавинно-пролетного диода 15
2 Разработка алгоритма расчета параметров ЛПД на основе кремния 32
2.1 Исходные данные для расчета 32
2.2 Расчет напряжения на диоде 33
2.3 Расчет плотности тока диода 33
2.4 Расчет входной мощности 37
2.5 Расчет лавинной частоты 38
3 Разработка алгоритма расчета ЛПД на основе карбида кремния 40
3.1 Исходные данные для расчета диода 40
3.2 Расчет напряжения на диоде 41
3.3 Расчет плотности тока диода 41
3.4 Расчет входной мощности 45
3.5 Расчет лавинной частоты 45
4 Защитное заземление электроустановки 47
4.1 Заземление 47
4.2 Расчет заземляющего устройства и его исходные данные 49
Заключение 53
Список использованных источников 55
Приложение А. Техническое задание на ВКР 57
Приложение Б. Программа расчета основных параметров в среде программирования Mathcad 61
Приложение В. Заявление и протокол проверки ВКР на оригинальность
в системе «Антиплагиат.ВУЗ» 67
Приложение Г. Презентация 71
Актуальность данной темы заключается в том, что особенностью развития современной радиотехники является быстрое продвижение полупроводниковых приборов в области сверхвысоких частот (СВЧ), а так же излучатели средней и малой мощности, а именно лавинно-пролетные диоды находят широкое применение в науке и технике благодаря тому, что имеют высокую стабильность и время работы, малые размеры. Поэтому моделирование параметров имеет важное значение при проектировании и создании ЛПД.
Цель: промоделировать параметры лавинно-пролетного диода.
Задачи:
1. Провести анализ структур лавинно - пролетных диодов, режимы работы и параметры.
2. Разработать алгоритм расчета напряжения пробоя лавинно-пролетного диода (ЛПД) с учетом влияния температуры для диодов на основе: кремния и карбида кремния.
3. Разработать алгоритм расчета основных параметров ЛПД и произвести расчет: тока, напряжения, лавинной часты, мощности так же для двух материалов: кремния и карбида кремния.
Объект исследования: лавинно-пролетный диод.
Предмет исследования: параметры лавинно-пролетного диода.
Полученные результаты: разработаны алгоритмы для расчета параметров ЛПД на основе: кремния и карбида кремния.
Краткие теоретические сведения
Лавинно-пролетный диод (ЛПД) — это полупроводниковый диод, работающий в режиме лавинного размножения носителей заряда при обратном смещении электрического перехода. Данный диод может работать в двух режимах: режим с захваченной плазмой или TRAPATT (TRApped Plasma Avalanche Transit Time)и пролетный режим или IMPATTрежим.
Американский ученый У. Т. Рид в 1958 в первые высказал идею создания ЛПД. Генерация СВЧ-колебаний с помощью лавинно-пролетного диода наблюдалась в 1959 году в СССР группой под руководителем А. С. Тагером.
ЛПД широко применяются для создания приемно-передающих устройств в системах ближней радиолокации и локальных компьютерных сетях, генераторах излучения для медицинских применений, научных исследований, промышленности.
В ходе выполнения работы были достигнуты следующие результаты:
1 Проведен анализ различных структур, в частности p+-n-n+структуры, для которой в дальнейшем были промоделированы основные параметры ЛПД, режимов работы, а именно: режима с захваченной плазмой или TRAPATT (TRApped Plasma Avalanche Transit Time)и пролетного режима или IMPATT режима.
2 Был разработан алгоритмы расчета напряжения лавинного пробоя для различных p-nпереходов: резко ассиметричных, с линейным распределением примеси, диффузионных, для двух материалов: кремния и карбида кремния.
Для резко ассиметричных, с линейным распределением примеси переходов разработано 2 алгоритма. Первый применим лишь в диапазоне напряжений от 20 В до 200 В, так как в более широком диапазоне напряжений он будет давать большую погрешность при расчетах. А второй алгоритм применим для более широкого диапазона от 10 В до 50000 В.
Также было изучено влияния температуры на напряжение пробоя. Рассчитаны температурные коэффициенты лавинного пробоя при различных температурах: 100К, 300К, 500К для кремния. Изучено влияние температуры на напряжение лавинного пробоя в карбиде кремния, оказалось, что с повышением температуры напряжение лавинного пробоя понижается из-за особенности структуры карбида кремния.
3 Были разработаны алгоритмы расчёта основных параметров лавинно-пролетного диода: напряжения, плотности тока, мощности, лавинной частоты. Для расчета плотности тока было разработано два варианта расчета: отличие одного от другого заключается, в том, что в первом варианте распределение примеси задается с помощью диффузионного коэффициента, а во втором с помощью функции. Расчет показал, что второй вариант расчета плотности тока дает меньшую погрешность по сравнению с первым вариантом расчета плотности тока при вычислениях для двух различных материалов.
По получены алгоритмам были произведены расчеты.
Для кремния:
Плотность тока: в первом случае J=2.63-105 А/см2 во втором случае J= 1.96-105 А/см2, напряжение на диоде: [7=13.28 В, входная мощность: P=2.93-106 Вт/см2, лавинная частота: /А2.48-108 Гц.
Для карбида кремния:
J= 2.29-105 А/см2 во втором случае J= 1.72-105 А/см2, напряжение на диоде: [7=155.83 В, входная мощность: P=3.03-107Вт/см2, лавинная частота: /л=42.4-109 Гц.
Полученные параметры и характеристики ЛПД соответствуют значениям, которые производятся производителями серийно выпускаемых компонентов.
4. По полученным алгоритмам была разработана программа расчета, используя среду программирования Mathcad(Приложение А).
