34. Электропроводность полупроводников. Концентрация носителей заряда.
35. Подвижность носителей заряда. Рассеяние носителей.
36. Тепловые колебания решетки. Акустические и оптические колебания решетки. Температура Дебая.
37. Предположим, что алюминиевый образец быстро охлажден от температуры, близкой к точке плавления, и все вакансии, имевшиеся при высокой температуре, сохранились при комнатной температуре. Количество вакансий при комнатной температуре превышает их равновесное количество, соответствующее комнатной температуре. Допустим, что вакансии «отжигаются» с течением времени, и в итоге достигается концентрация, равновесная при комнатной температуре. Если отжиг происходит адиабатически, будет ли нагреваться или охлаждаться твердое тело? Если будет, то насколько?
38. Образование или исчезновение вакансий в твердом теле вызывает изменение его плотности. Будет ли повышаться или уменьшаться плотность алюминия (задача 37) в процессе отжига при комнатной температуре? Можно ли измерить это изменение с помощью существующей экспериментальной техники?
39. У каких плоскостей в структурах ГЦК и ОЦК наибольшая плотность упаковки атомов? В каких направлениях в этих плоскостях линейная плотность расположения атомов максимальна?
40. Доказать, что кинетическая энергия атома, совершающего простые гармонические колебания, в среднем (за один период) равна половине общей энергии.
41. Решетку алмаза можно рассматривать как комбинацию двух вставленных друг в друга подрешеток со структурой ГЦК. У одной подрешетки начало координат лежит в точке [0 0 0] а у другой оно сдвинуто вдоль диагонали куба на четверть ее длины. Записать координаты всех атомов этой элементарной ячейки. Сколько атомов входит в эту элементарную ячейку? Привести поясняющие рисунки.
42. Описать основные механизмы рекомбинации. Привести поясняющие зонные диаграммы.
43. Привести формулы для вычисления концентрации носителей n и p в примесных полупроводниках с энергией активации примесей Ed и Ea соответственно. Объяснить физический смысл входящих в них величин.
Тема 2 электрические свойства контактов материалов Краткие теоретические сведения
Свойства контакта определяются переходным сопротивлением, возникающим между контактирующими материалами.
Различают три основные группы электрических контактов:
- линейные (омические) контакты обладают очень малым сопротивлением. Они не искажают форму сигнала. Их BAX линейна и они являются неинжектирующими;
- нелинейные (выпрямляющие) контакты обладают малым сопротивлением в пропускающем направлении и очень большим – в запорном. Их BAX нелинейна;
- инжектирующие контакты обладают способностью к инжекции неосновных носителей заряда только в одном направлении.
Рассмотрим факторы и процессы, определяющие свойства переходного сопротивления образующегося контакта.
Между электронами проводимости и ионами решетки кристалла имеются определенные силы связи, поэтому потенциальная энергия этих электронов намного меньше энергии свободных электронов в вакууме. Следовательно, электроны в кристалле находятся в потенциальной яме, для выхода из которой необходимы затраты энергии по преодолению сил, действующих на них со стороны кристалла. Энергию E=A, которую нужно сообщить электрону, чтобы он покинул кристалл, называют работой выхода электрона. Эту энергию электрон может приобрести за счет внутренней тепловой энергии самого кристалла или же под действием внешней энергии.
Для характеристики работы выхода используют термодинамическую (изотермическую) работу выхода, отсчитываемую от уровня Ферми (рис. 3).
При образовании контакта происходит преимущественный переход электронов из материала с меньшей работой выхода в материал, в котором работа выхода больше. В обычных условиях обмен электронами между контактирующими материалами производится за счет внутренней тепловой энергии. При плотном контакте, когда напротив заполненных энергетических уровнен одного материала находятся свободные уровни другого материала, переход электронов может осуществляться также посредством туннельного эффекта. При T=0 К такой способ обмена электронами является единственно возможным.
Рис. 3. Определение термодинамической работы выхода А:
а- для случая металла; б – для полупроводника n-типа;
в- для полупроводника n-типа.