Розділ 3. Напівпровідникові матеріали.

Тема 3.1. Фізичні основи напівпровідників. Основні матеріали напівпровідникової техніки. Типи кристалічних решіток. Основи зонної теорії напівпровідників. Легування напівпровідників. Вільні носії зарядів у власних та домішкових напівпровідниках. Основні та неосновні носії зарядів. Генерація та рекомбінація рухомих носіїв зарядів. Рівноважний та нерівноважний стани напівпровідника.

Тема 3.2. Концентрація носіїв заряду. Концентрація носіїв заряду у власному та домішковому напівпровідниках. Рівень Фермі у власному та домішковому напівпровідниках, залежність рівня Фермі від температури та концентраціі домішок. Рівень Фермі. Електрохімічний потенціал.

Тема 3.3. Струми в напівпровіднику. Дрейфовий струм: дрейфовий рух носіїв заряду, рухливість носіїв заряду. Залежність рухливості від температури, концентрації домішок, напруженості електричного поля. Дифузійний струм: дифузійний рух часток, коефіцієнт дифузії, дифузійна довжина. Рівняння дифузії. Розв'язок рівняння дифузії. Електропровідність напівпровідників.

Тема 3.4. Поверхневі явища. Властивості поверхні напівпровідників: поверхневі стани, густина поверхневих станів, поверхневий заряд, поверхнева рекомбінація, поверхнева рухливість носіїв заряду.

1.3. Індивідуальне семестрове завдання

В другому семестрі студенти виконують реферат за заданою темою. Метою реферату з дисципліни «Матеріали та компоненти радіоелектронної апаратури» є:

• набуття вмінь пошуку джерел інформації за заданою темою;

• аналіз сучасного стану, перспектив розвитку, актуальності винесених на реферування тем з матеріалів або компонентів радіоелектронної апаратури;

• набуття вмінь робити обґрунтовані висновки за темою реферату;

• набуття навичок оформлення документації: змісту, тексту, висновків, переліку використаних джерел, тощо.

1.4. Контрольні роботи

В другому семестрі студенти виконують одну модульну контрольну роботу за розділом 3 «Напівпровідникові матеріали» і темами 3.1…..3.4.

Основною метою модульного контролю є перевірка рівня засвоєння базових знань з фізичних основ напівпровідникових матеріалів. Ці знання є підґрунтям для опанування будови, принципів дії, застосування напівпровідникових приладів, що є основною частиною дисципліни «Електронні прилади», яку студенти вивчатимуть в третьому семестрі.

Перелік питань модульного контролю .

1. Відмінність напівпровідників (НП) від металів.

2. Індекси Міллера. Кристалографічні напрями.

3. Ковалентний зв'язок. Носії заряду в напівпровіднику. Власна провідність.

4. Генерація і рекомбінація вільних носіїв заряду. Час життя.

5. Енергетична діаграма окремого атома. Квантові числа. Принцип Паулі.

6. Що означають зона провідності і валентна зона на енергетичній діаграмі і як вони виникають.

7. Функція Фермі-Дірака. Рівень Фермі. Вироджені і невироджені НП. Умови виродження.

8. Де розташований рівень Фермі у власному, електронному і дірковому напівпровідниках і чому. Зонні діаграми.

9. Концентрація носіїв заряду у власному НП.

10. Концентрація електронів і дірок в електронному НП. Основні і неосновні носії.

11. Концентрація електронів і дірок в дірковому НП. Основні і неосновні носії.

12. Умова термодинамічної рівноваги для n- і р- НП.

13. Вираз рівня Фермі для і- , n- , р- напівпровідників.

14. Рівень Фермі – електрохімічний потенціал. Умови рівноважного і нерівноважного станів НП.

15. Умова електронейтральності НП.

16. Дифузійний струм. Коефіцієнт дифузії. Співвідношення Ейнштейна. Густина дифузійного струму для n- , р- НП.

17. Рівняння дифузії. Розв’язок стаціонарного рівняння дифузії для довгої бази.

18. Дрейфовий струм. Рухливість носіїв заряду в НП. Густина струму для n- і р- НП.

19. Електропровідність НП. Залежність від температури і концентрації домішок.

20. Рухливість електронів і дірок. Залежність рухливості від температури, концентрації домішок і напруженості електричного поля.

21.Залежність рівня Фермі від концентрації домішок і напруженості електричного поля для n- , р- НП.

22. Нижня і верхня робочі температури НП: Т₁ і Т₂. Чим обмежується максимальна робоча температура Т₂? Чому в сильно легованих НП вона вища?

23. Рівняння повного струму в НП. Поясніть його складові.

24. Поверхневий заряд в НП. Причини виникнення заряду.

25. Польовий ефект. Потенціальні діаграми режимів збіднення, збагачення, інверсії. Застосування ефекту.