Содержание контрольной работы

Задачи 1-5.Приведите классификацию материалов по проводимости: металлы, полупроводники и диэлектрики. Назовите характерные группы полупроводников: элементы IY группы, алмазоподобные полупроводники, A^IIB^IY, элементы YI, Y групп и их аналоги, А^IYB^YI, магнитные и органические полупроводники.

Нарисуйте зонную диаграмму собственных полупроводников: германия и кремния. Что означают понятия: зона проводимости, запрещенная зона, валентная зона? Где реально находятся электроны, если в терминах зонной теории говорится: ”Электрон 1 находится в валентной зоне, электрон 2 - в зоне проводимости”.

1.Рассчитайте концентрацию собственных носителей в германии и кремнии при 0 ^оС. Нарисуйте и объясните зависимость lnn_i(1/T).

2. То же при Т = 10 ^оС. 3. То же при Т = 15 ^оС.

4. То же при Т=20 ^оС.  5. То же при Т = 25 ^оС.

Задачи 6-10.Нарисуйте зонную диаграмму собственных полупроводников: германия и кремния. Где реально находятся электроны, если в терминах зонной теории говорится: ”Электрон 1 находится в валентной зоне, электрон 2 - в зоне проводимости”.

Во сколько раз отличаются концентрации собственных носителей в германии и кремнии при 300 К. Нарисуйте и объясните зависимость lnn_i(1/T).

7. То же при Т = 10 ^оС.  8. То же при Т = 15 ^оС.

9. То же при Т = 20 ^оС. 10. То же при Т = 25 ^оС.

Задачи 11-16.В кремний введена примесь мышьяка (N_д - концентрация примесей). Изобразите схематически кристаллическую решетку с примесью и нарисуйте зонную диаграмму этого материала. Объясните механизм образования собственных и примесных носителей. Где реально находятся электроны, если в терминах зонной теории говорится: ”Электрон 1 находится в валентной зоне, электрон 2 - в зоне проводимости, электрон 3 - на уровне примесного центра”.

Определите значения температуры истощения примесей Т_s и перехода к собственной проводимости T_i. Нарисуйте и объясните зависимость lnn(1/T) c учетом указанных температур.

11. N_д = 10¹⁷ м^–3. 12. N_д  = 10¹⁸ м^–3. 13. N_д = 10¹⁹ м^–3.                     14. N_д =10²⁰ м^–3.         15. N_д =10²¹ м^–3.      16. N_д =10²² м^–3.

Задачи 17-22. В кремний введена примесь индия (N_А - концентрация примесей). Изобразите схематически изображение кристаллическую решетку с примесью и нарисуйте зонную диаграмму этого материала. Объясните механизм образования собственных и примесных носителей с вероятностной точки зрения. Где реально находятся электроны, если в терминах зонной теории говорится: ”Электрон 1 находится в валентной зоне, электрон 2 - в зоне проводимости, электрон 3 - на уровне примесного центра”.

Определите температуры истощения примесей T_s и перехода к собственной проводимости T_i. Нарисуйте и объясните зависимость lnn(1/T)c учетом указанных температур.

17. N_А = 10¹⁷ м^–3.  18. N_А = 10¹⁸ м^–3.  19. N_А = 10¹⁹ м^–3.
     20. N_А = 10²⁰ м^–3.  21. N_А = 10²¹ м^–3.  22. N_А = 10²² м^–3.

Задачи 23-28. В германий введена примесь мышьяка (N_д - концентрация примесей). Изобразите схематически кристаллическую решетку с примесью и нарисуйте зонную диаграмму этого материала. Объясните механизм образования собственных и примесных носителей с вероятностной точки зрения. Где реально находятся электроны, если в терминах зонной теории говорится: ”Электрон 1 находится в валентной зоне, электрон 2 - в зоне проводимости, электрон 3 - на уровне примесного центра”.

Определите температуры истощения примесей T_s  и перехода к собственной проводимости T_i. Нарисуйте и объясните зависимость lnn(1/T) c учетом указанных температур.

23. N_д = 10²⁰ м^–3. 24. N_д = 10²¹ м^–3. 25. N_д = 10²² м^–3.                   26. N_д = 10²³ м^—3. 27. N_д  = 10²⁴ м^—3. 28. N_д = 10²² м^—3.

Задачи 29-34. В германий введена примесь бора (N_А - концентрация примесей). Изобразите схематически кристаллическую решетку с примесью и нарисуйте зонную диаграмму этого материала. Объясните механизм образования собственных и примесных носителей с вероятностной точки зрения. Где реально находятся электроны, если в терминах зонной теории говорится: ”Электрон 1 находится в валентной зоне, электрон 2 - в зоне проводимости, электрон 3 - на уровне примесного центра”.

Определите температуры истощения примесей T_s  и перехода к собственной проводимости T_i. Нарисуйте и объясните зависимость lnn(1/T)c учетом указанных температур.

29. N_А =10²⁰ м^–3. 30. N_А = 10²¹ м^–3. 31. N_А = 10²² м^–3.                   32. N_А = 10²³ м^—3.   33. N_А = 10²⁴ м^—3.           34. N_А = 10²² м^—3.

Задачи 35 - 42.Сформулируйте закон действующих масс. Учитывая величины Т_s и T_i, определите концентрацию основных и неосновных носителей в материале при температуре Т и концентрации примесей N. Все примеси полностью ионизированы. Сравните по величине значения концентраций в германии и кремнии.

35. Германий: N =10²⁰ м^—3; Т = 20 ^оС;

    кремний: N = 10²⁰ м^—3; Т = 20 ^оС.

36. Германий: N = 10²¹ м^—3; Т = 25 ^оС;

    кремний: N = 10²¹ м^—3; Т = 25 ^оС.

37. Германий: N = 10²² м^—3; Т = 30 ^оС;

    кремний: N = 10²² м^—3; Т = 30 ^оС.

38. Германий: N = 10²³ м^—3; Т = 35 ^оС;

    кремний: N = 10²³ м^—3; Т = 35 ^оС.

39. Германий: N = 10²⁰ м^—3; Т = 30 ^оС;  

    кремний: N = 10²⁰ м^—3; Т = 30 ^оС.

40. Германий: N = 10²¹ м^—3 ; Т = 35 ^оС;

    кремний: N = 10²¹ м^—3 ; Т = 35 ^оС.

41. Германий: N = 10²² м^—3 ; Т = 20 ^оС;

    кремний: N = 10²² м^—3 ; Т = 20 ^оС.

42. Германий: N = 10²⁰ м^—3 ; Т = 30 ^оС;

    кремний: N =10²⁰ м^—3 ; Т = 30 ^оС.

Задачи 43-52.Сформулируйте дифференциальный закон Ома, опишите связь между проводимостью, концентрацией и подвижностью. Учитывая величины Т_s и T_i, определите и сравните по величине значения проводимости германия и кремния. Значения подвижности носителей в Ge : m_n = 0,39 м²/(В·с); m_p = 0,19 м²/(В·с); в Si: m_n = 0,14 м²/(В·с); m_p = 0,05 м²/(В·с).

43. Данные задачи 35.        44. Данные задачи 36.

45. Данные задачи 37.        46. Данные задачи 38.

47. Данные задачи 39.        48. Данные задачи 40.

49. Данные задачи 41.        50. Данные задачи 42.

51. Данные задачи 38.        52. Данные задачи 35.

Задачи 53-59.Опишите метод определения типа носителей заряда с помощью термозонда (рис. 3). Определите тип электропроводности материала, основных и неосновных носителей. Нарисуйте зонную диаграмму  данного материала. Какие примеси могут быть использованы?

    53. Германий. Стрелка вольтметра отклонилась вправо.

    54. Кремний. Стрелка вольтметра отклонилась вправо.

55. Германий. Стрелка вольтметра отклонилась влево.

56. Кремний. Стрелка вольтметра отклонилась влево.

57. Арсенид галлия. Стрелка вольтметра отклонилась влево.

58. Арсенид галлия. Стрелка вольтметра отклонилась вправо.

59. Селен. Стрелка вольтметра отклонилась влево.

                         Термозонд 

                                               V 

                                          Рис. 3                 

Задачи 60-68. Опишите эффект и метод Холла для определения типа носителей, концентрации и подвижности носителей. Определите тип электропроводности материала, основных и неосновных носителей. Нарисуйте зонную диаграмму данного материала. Какие примеси могут быть использованы?   

 60. Германий. Ток направлен по оси Х, индукция магнитного поля - по оси Y. Стрелка прибора отклонилась вправо.

61. Кремний. Ток направлен по оси —Х, индукция магнитного поля - по оси Y. Стрелка прибора отклонилась вправо.

62. Германий. Ток направлен по оси +Х, индукция магнитного поля - по оси Y. Стрелка прибора отклонилась вправо.

63. Германий. Ток направлен по оси —Х, индукция магнитного поля - по оси —Y. Стрелка прибора отклонилась влево.

64. Кремний. Ток направлен по оси —Х, индукция магнитного поля - по оси —Y. Стрелка прибора отклонилась влево.

65. Германий. Стрелка прибора отклонилась вправо, индукция магнитного поля - по оси Y. Куда направлен ток?

66. Кремний. Стрелка прибора отклонилась вправо, индукция магнитного поля - по оси —Y. Куда направлен ток?

67. Германий. Стрелка прибора отклонилась влево, индукция магнитного поля - по оси —Y. Куда направлен ток?

68. Германий. Ток направлен по оси Х. Стрелка прибора отклонилась вправо. Куда направлен вектор индукции магнитного поля?

Задачи 69-71. Что такое подвижность носителей заряда? Почему подвижность зависит от температуры?

68.Опишите зависимость подвижности и удельного сопротивления металлов от температуры.

69.Опишите зависимость подвижности и удельного сопротивления примесных полупроводников от температуры.

70.Опишитезависимости lng(1/T) для примесного полупроводника.

71. Опишите зависимости lng(1/T) для примесного полупроводника при различных концентрациях примеси.

Задачи 72-74. Опишите методику определения (схему, последовательность операций, формулы) ширины запрещенной зоны с помощью экспериментального определения зависимости:

72. Силы тока от температуры при фиксированном напряжении.

73. Удельной объемной проводимости от температуры.

74. Концентрации носителей заряда от температуры.

75.Удельного объемного сопротивления от температуры.

Задачи 76- 79. Что такое фотопроводимость полупроводников (примесная, собственная)? Опишите строение, марки и параметры фоторезисторов. Как определяется красная граница? Всегда ли при освещении проводимость возрастает? Что такое время жизни носителей?

76.Опишите спектральную характеристику фоторезисторов. Почему фототок уменьшается как при увеличении длины волны, так и при ее уменьшении? Как определяется красная граница фотоэффекта?

77. Как определяется ширина запрещенной зоны полупроводника при известном значении величины красной границы?

78.Почему температура испытаний влияет на значение красной границы?

Задачи 79- 83.Опишите методы получения слитков германия и стадии обработки материала для получения заготовок для твердотельной электроники. В каких приборах применяется данный материал? Почему удельное сопротивление зависит от типа носителей и их концентрации?

79. Определите удельное сопротивление германия p-типа при концентрации носителей 10²⁰ м^—3 , Т = 20 ^оС.

80. Определите удельное сопротивление германия n-типа при концентрации носителей 10²² м^—3 , Т = 20 ^оС.

81. Для чего используется диффузия примесей в германий? Что такое коэффициент диффузии и чему он равен при Т = 800 ^оС?

82.Опишите зависимость удельной проводимости германия n-типа от температуры и концентрации примесей (мышьяк).

83. Сравнитедиапазоны температур, при которых могут работать германиевые и кремниевые приборы. Почему они отличаются друг от друга? 

Задачи 84- 88.Опишите методы получения слитков кремния и стадии обработки материала для получения заготовок для твердотельной электроники. В каких приборах применяется данный материал?

Почему удельное сопротивление зависит от типа носителей и их концентрации? 

84. Определите удельное сопротивление кремния p-типа при концентрации носителей 10²² м^—3 , Т = 20 ^оС.

85. Определите удельное сопротивление кремния n-типа при концентрации носителей 10²⁴ м^—3 , Т= 20 ^оС.

86. Для чего используется диффузия примесей в кремний? Что такое коэффициент диффузии и чему он равен при Т = 800 ^оС?

87.Опишите зависимость удельной проводимости кремния n-типа от температуры и концентрации примесей (фосфор).

88. Сравните диапазоны температур, при которых могут работать германиевые и кремниевые приборы. Почему они отличаются друг от друга? 

Задачи 89 -92. Опишите свойства, технологию получения и обработки, области применения материалов:

89. Типа A^IYB^IY. 90. Типа A^IIIB^Y.   91. Типа A^IIB^YI.                              

92.Для изготовления варисторов, термисторов, позисторов, тензорезисторов. Какие физические процессы протекают в данных полупроводниковых приборах?