6. Список экзаменационных вопросов
1. Кристаллические решетки, их классификация.
2. Образование энергетических зон у электрона, находящегося в кристалле.
3. Деление твердых тел на полупроводники, диэлектрики и металлы по характеру заполнения энергетических зон.
4. Собственные и примесные полупроводники, их зонные диаграммы.
5. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводниках
6. Подвижность и концентрация носителей заряда, их температурная зависимость.
7. Электропроводность собственных и примесных полупроводников.
8. Электропроводность вырожденных полупроводников и металлов.
9. Понятие о сверхпроводимости.
10.Оптические свойства полупроводников, механизмы поглощения света, фотопроводимость.
11. Гальваномагнитные эффекты в полупроводниках, эффект Холла.
12. Термоэлектрические эффекты Пельтье и Зеебека.
13. Акустоэлектронный эффект, линии задержки.
14. Термоэлектронная эмиссия.
15. Электронно-дырочный переход, его свойства, вольтамперная характеристика.
16. Контакт Шотки, его свойства.
17. Изотипный и анизотипный гетеропереходы.
18. Частотные и импульсные свойства электронно-дырочных переходов.
19. Виды пробоя переходов.
20. Свойства МДП-структур, полевой эффект.
21. Полупроводниковые диоды, их разновидности и основные параметры.
22. Принцип работы лавинно-пролетных диодов.
23. Диоды Ганна.
24. Биполярный транзистор, структура, принцип действия, схемы включения и режимы работы.
25. Внешние и внутренние параметры биполярного транзистора, вольтамперные характеристики.
26. Тиристоры, их разновидности, принцип действия динистора, его вольтамперная характеристика.
27. Управляемый тиристор (тринистор).
28. Симметричные тиристоры, их структура и принцип действия.
29. Светодиоды, принцип действия и основные параметры.
30. Инжекционные лазеры.
31. Фотодиоды.
32. Фоторезисторы.
33. Фототранзисторы и фототиристоры.
34. Полевые транзисторы с управляющим переходом.
35. МДП-транзисторы, их структура, принцип действия и схемы включения.
36. Приборы с зарядовой связью.
37. Полупроводниковые датчики.
38. Магнитно-стрикционные преобразователи.
39. Акустоэлектронные преобразователи.
40. Оптоэлектронные преобразователи и сенсорные устройства.
7. Контрольные вопросы и задачи самопроверки
Электропроводность образца собственного кремния при температуре 300К равна sОм-1×м-1. Подвижность электронов и дырок в кремнии при 300К равна 0,135 и 0,048. Определить концентрацию собственных носителей (ni). Если через образец проходит ток, то какая часть этого тока обусловлена электронами?
Тот же самый образец легирован донорной примесью и имеет электронную проводимость, концентрация доноров равна м-3. Нужно определить концентрацию дырок в образце, и какая часть тока в этих условиях переносится электронами. Подвижность носителей считать неизменной. s=4.3×10-4Ом-1×м-1, =1021 м–3.
Подвижность электронов и дырок в образце полупроводника собственной проводимости составляют и, концентрация собственных носителей(м-3), площадь поперечного сечения образца S(м2). Определить скорости дрейфа электронов и дырок, электропроводность образца и полный дрейфовый ток, если в образце создано электрическое поле напряженностью Е.
=0,12 =0,025, =2,5×1016 м-3, S=0,03×10-4 м2,
E=400.
Образец примесного полупроводника p-типа с размерами: длиной , толщинойи ширинойимеет сопротивление, измеренное между торцами наименьшего сечения. Подвижности электронов и дырок равныи, соответственно, а концентрация собственных носителей. Определить в образце концентрацию основных и неосновных носителей заряда и отношение электронной проводимости к дырочной, если,=5 мм,=1мм,=2 мм,=100,=0,12,=0,025, =2,5×1016 м-3.
Сравнить концентрации электронов в собственном германии и кремнии при температурах Т1 и Т2. Считать, что эффективные плотности состояний ине зависят от температуры. Ширину запрещенной зоны в германии и кремнии принять равной 0,7 и 1,1 эВ, соответственно. Вычислить значения удельных проводимостей при указанных температурах. Удельное сопротивление чистых образцов при комнатной температуре 290К принять равными 0,5 и 1000 Ом×м соответственно. Т1=50°С, Т2=100°С.
Пластина из германия n-типа имеет удельное сопротивление (Ом×см) и ширину (см). К пластине приложена разность потенциаловU(В). Подвижность электронов и дырок равны =3900, =1900, а концентрация собственных носителей равна =2,4×1013см-3. Определить: плотность тока через образец, концентрацию электронов и дырок, отношение электронной проводимости к дырочной, если =0,1 Ом×см, =10-2 см, U=1 В.
Вычислите дифференциальное сопротивление тонкого p-n-перехода при температуре 20 °С, прямом напряжении смещения U(В), площади поперечного сечения S(м2) и плотности теплового тока .
U=0,1 В, S=10-6 м2, =1.
Дан образец кремния, в котором сформирован p-n-переход. Удельное сопротивление дырочной и электронной областей равно и(Ом×см), подвижности электронов и дырок, соответственно, равны и, а концентрация собственных носителей -(см-3). Определите, чему равен потенциальный барьер при комнатной температуре 290К, если =0,013Ом×см, =44,5Ом×см , =1400, =480, =1,6×1010 см-3.
Определите, как уменьшится барьерная емкость диода с резким переходом при увеличении модуля напряжения смещения на величину (В), если известно, что при U=X(В) Y(пФ).
=1 В, X=5 В, Y=20 пФ.
Дан кремниевый диод со следующими параметрами: концентрация собственных носителей 1,48×1016(м-3), подвижности электронов и дырок =0,05, =0,03, температура 300К.
Определить связь между током и напряжением, считая p-n-переход
идеальным, при следующих значениях концентрации примесей
( и ) и временем жизни носителей ().
м-3, м-3, t=1 мкс.
Лавинный пробой в кремниевом диоде наступает, когда напряженность электронного поля достигает, примерно, 250 . Вычислите напряжение пробоя при следующих данных: концентрации примесей ( и ) и протяженности p-n-перехода W=90 мкм, см-3, см-3.
Вычислите постоянный ток базы для p-n-p транзистора, включенного по схеме с общей базой при Т=300К. Токами утечек на переходах можно пренебречь. Транзистор имеет следующие параметры: подвижность дырок (), время жизни носителей (), толщина базы (), ток коллектора ().
=0,2 , =1,7×10-6 с, =10-5 м, =1 мА.
Транзистор p-n-p включен по схеме с общей базой и работает в активном режиме. Вычислить ток коллектора () при следующих параметрах транзистора: ток базы (), ток утечки коллектор-база () при разомкнутой цепи эмиттера, коэффициент ударной ионизации (эффективность коллектора) равен единице, эффективность эмиттера (), коэффициент переноса ().
=20 мкА, = 1 мкА,=0,99,=0,995.
Транзистор p-n-p включен по схеме с общим эмиттером и работает в активном режиме. Вычислите коэффициент усиления по постоянному току () и ток утечки(), если заданы: ток утечки (), ток коллектора (), ток базы ().=10 мкА, = 0,1 мкА,=1 мА.
Для некоторого транзистора типа p-n-p задано: дырочные и электронные составляющие токов эмиттера и коллектора (,,,). Вычислите: статический коэффициент передачи тока базы, эффективность эмиттера, ток базы, коэффициент передачи тока эмиттера, соответственно, в схемах с общей базой и общим эмиттером.=1мА,=0,01мА,=0,98мА,=0,001мА,
Вычислите эффективность эмиттера, коэффициент переноса и коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером для транзистора n-p-n с однородной базой, имеющего следующие параметры: концентрации примесей ( и ), толщина базы (), соотношение коэффициентов диффузии дырок и электронов (), диффузионные длины носителей (и).
см-3, см-3, W=0,5 мкм, =1 мкм,=10 мкм.
Опишите простейшую структуру транзистора и физические принципы работы: а) биполярного транзистора; б) МДП-транзистора;
в) управляемого тиристора (тринистора).
17. Опишите простейшую структуру диода и принципы работы:
а) выпрямительного диода; б) фотодиода; в) светодиода.
18. Опишите физическую сущность и область применения эффекта:
а) Пельтье; б) полевого эффекта; в) внутреннего фотоэффекта.
Опишите процессы, происходящие в электронно-дырочном переходе при пробое: а) тепловом; б) лавинном; в) туннельном.
Опишите зависимость концентрации носителей заряда и проводимости от температуры:
а) собственного полупроводника; б) примесного полупроводника.