5.8. Как рассчитать высоту и ширину потенциального барьера в p-n-переходе? Покажите пример расчета и дайте рисунок зонной диаграммы p-n-перехода в термодинамическом равновесии.

Формулы для расчета ширины и высоты потенциального барьера в p-n-переходе:

а) ширина:

 = _P+_n – полная толщина слоя пространственного заряда.

 =

б) высота:

Зонная диаграмма p-n-перехода в термодинамическом равновесии:

5.9. Как изображаются зонные диаграммы p-n-перехода в случае прямого и обратного смещения, с учетом квазиуровней Ферми f*n, f*p?

Прямое смещение: V<0

О братное смещение: V>0

 - время жизни не основных носителей заряда

Прямое направление:

О братное направление:

_________________________________________________________________________

5 .10. Каков вид идеальной и неидеальной вах p-n-перехода?

В п/п может возникнуть р-n переход, который обладает выпрямляющими свойствами (свойствами p=n=n_i), которые получаются всплавлением или диффузией в п/п n- или p-типа примеси другого типа тем, чтобы в одной области п/п иметь избыток носителей заряда другого знака.

В

J

АХ p-n- перехода (1) и идеального омического контакта (2)

Т олщина p-n перехода будет меняться в зависимости от полярности приложенного напряжения:

При прямом напряжении V<0 она уменьшается, при обратном V>0 – увеличивается. Таким образом p-n переход обладает ассимитричной проводимостью и выпрямляющими свойствами.

Прямое смещение

Обратное смешение

В АХ p-n перехода:

5.12. Какие основные типы гетеропереходов вы знаете? Каковы основные принципы построения зонной диаграммы? Дайте примеры.

5.13. Чем отличаются токи насыщения гетероперехода и монотипного p-n-перехода? За счет чего получается это отличие?

5.14. В чем состоит явление «инжекции» и «эксклюзии» носителей заряда при прохождении электрического тока через p-n-переход? На какой глубине от границы раздела p- и n-областей, и для каких носителей заряда следует показывать на зонной диаграмме квазиуровни Ферми для электронов и дырок?

5.15. Что такое квазиуровни Ферми для электронов и дырок (F^*_n, F^*_p)? Как отобразить с их помощью уровень инжекции?

6

6.1. Как в теории рассеяния определяются понятия:

а) «механизмы рассеяния» (какие они бывают);

б) Рассеивающий центр;

в) дифференциальное, интегральное и транспортное сечения рассеяния.

Как определить какой механизм рассеяния является преобладающим?

6.2. Как связаны в теории рассеяния интегральное и транспортное сечения рассеяния с длиной и временем свободного пробега, со временем релаксации и подвижностью носителей заряда?

6.3. Как с помощью «метода интегрального сечения рассеяния» показать, что преобладающим механизмом рассеяния в п/п являются «тепловые колебания решетки» и «ионы примеси»? Чем объясняется этот результат?

6.4. Как зависит подвижность носителей заряда в теории рассеяния на ионах примеси от температуры и концентрации примеси? Дайте сравнение результатов и применимость двух теорий: Кордуэлл-Байскопфа и Брукса-Херринга для рассеяния на ионах примеси?

6.5. Какими характеристиками описываются фононы в теории рассеяния на тепловых колебаниях решетки (какие у них: энергия, зона Бриллюэна, закон дисперсии, функция распределения плотности по энергиям, функция плотности состояний).

6.6. В чем сущность «метода деформационного потенциала» в теории рассеяния на фононах? Какой вид температурной зависимости подвижности носителей заряда получается при рассеянии на их акустических и оптических фононах?

6.7. Какой общий вид имеет температурная зависимость подвижности при сложении двух механизмов рассеяния: «ионы примеси» и «тепловые колебания решетки»? (приведите графики: «колокол подвижности», «веер подвижности», «ступеньки подвижности»).

6.8. Как согласуетс экспериментальная температурная зависимость подвижности электронов и дырок в различных п/п с результатами теории рассеяния?

6.9. Какие теоретические зависимости времени релаксации от энергии (Е) и от температуры (Т) дают различные механизмы рассеяния?

6.10. Как составляется К.У.Б. (кинетическое ур-ние Больцмана) для неравновесных функций распределения носителей заряда? В чем состоит «приближение слабых внешних полей» и «приближение времени релаксации» при решении К.У.Б.?

6.11. Какие физические явления относятся к классу «явлений переноса» (кинетических явлений)? Перенос чего совершается в этих явлениях? Дайте перечень кинетических явлений.

6.12. Что характеризует время релаксации в теории рассеяния и в теории кинематических явлений? Приведите примеры: как стационарное значений кинетических коэффициентов (,_е,_ТЭДС ,Rн и др.) зависят от усредненного времени релаксации?

6.13. Как выражение для плотности электрического тока J и потока энергии W, полученных в результате решения кинетического уравнения Больцмана, использовать для анализа различных кинетических явлений (приведите примеры).

6.14. Как с помощью теории кинетических явлений объяснить изоропность электропроводности в Ge и Si? Что такое «эффективная масса проводимости m₀^*, и когда она отличается от m_dn⁸ – массы плотности состояний.

6.15. Как выглядит график температурной зависимости электропроводности п/п? Можно ли по виду этого графика определить преобладающий механизм рассеяния носителей заряда? Как это сделать?

6.16. Почему электронная проводимость _е и электропроводность  пропорциональны? Как это учитывает закон Видемана-Франца и «число Лоренца» в п/п и металлах?

6.17. Объяснить почему термоэдс п/п на несколько порядков больше, чем термоэдс металлов? Приведите пример оценки величины термоэдс _ТЭДС по формуле Писаренко.

6.18. Приведите графики температурной зависимости термоэдс (Т) для n- p-типа п/п. Объясните почему в п/п p-типа есть инверсия знака термоэдс, а для n-типа она отсутствует.

6.19. Приведите график температурной зависимости термоэдс (Т) для двух различных концентраций легирующей примеси. Почему в одном температурном интервале термоэдс растет с увеличением N_Д(А), а в другом падает?

6.20. Как по графикам температурной зависимости коэффициента Холла получить сведения о ширине запрещенной зоны, об энергии ионизации легирующей примеси, n- или p-типа?

6.21. Что такое Холловская подвижность носителей заряда? Как ее экспериментально определить по данным холловских измерений?

6.22. Какие геометрии образцов для холловских измерений вам известны? В чем их относительное преимущество?

6.23. Какие методы измерения эффекта Холла вы знаете? В чем их сравнительное преимущество?

6.24. Что такое Холл-фактор Rн? Какие значения он принимает в разных условиях?

6.25. Как устраняется в холловских измерениях влияние сопутствующих паразитных явлений? Какие эффекты из этих паразитных эдс удается устранить? Велика ли вносимая ими погрешность?

26. Какие зондовые методы измерения удельного сопротивления вы знаете? Для каких задач применяются разные методы? Какие? Чем отличаются измерения в тонких пластинах и объемных образцах?

27. Как с помощью эффекта Холла и термоэдс определить тип проводимости у образцов п/п? Почему эти методы становятся ненадежны в высокоомных образцах или в условиях высоких температур?

28. Каков принцип работы термопреобразователя (термобатареи, термохолодильники, термопары)? Что такое эффективность термопреобразователя?

29. В чем состоит эффект магнетосопротивления и как, наблюдая зависимости относительного магнетосопротивления от величины магнитной индукции найти подвижность носителей заряда?

30. Как влияет геометрия образцов на величину эффекта магнетосопротивления и в чем причина различия этого эффекта в образцах прямоугольной формы и в виде диска Корбино?

31. Какие паразитные сопутствующие эффекты возникают при измерениях эффекта магнетосопротивления, и как их следует устранять?

7

7.1. Что выражают оптические коэффициенты

а) , R,T

б) ň,,₁, ₂

Как они связаны между собой?

7.2. Дайте общий обзор механизмов поглощения света в п/п (сопоставьте оптические переходы электронов, дырок на зонных диаграммах и в общем виде спектра () ?

7.3 Как влияет изменение концентрации примесей (легирующих или «глубоких») на вид спектра поглощения ()?

7.4. Как по спектру поглощения (ħ) определить ширину запрещенной зоны для прямозонного и непрямозонного п\п?

7.5. Как влияет на вид спектра поглощение легирующей примеси в области края собственного поглощения («красный» и «фиолетовый» сдвиг края)? Как использовать этот эффект для контроля примесного состава п/п?

7.6. Как использовать экситонные оптические спектры для определения параметров зонной структуры?

7.7. Как использовать поглощение света на свободных носителях заряда для определения концентрации примеси и механизма рассеяния?

7.8. Какие компоненты оптических спектральных методик позволяют определить концентрацию примеси и эффективную массу основных носителей заряда в случае непараболичной зоны проводимости?

7.9. Как по фононным спектрам поглощения света можно определить содержание в п/п электрически неактивных примесей?

7.10. В чем состоит «явление остаточных лучей» в отражении света? Как оно практически используется?

7.11. Как используется метод «плазменного минимума» в отраженном свете для определения параметров п/п?

7.12. Какие параметры п/п и как можно определить из спектров фотопроводимости (стационарной)?

7.13. Какие методики измерения времени жизни носителей заряда основаны на анализе «кинетики и фотопроводимости»?

7.14. Каков принцип работы фотодиода и фотоэлементов на p-n-переходе? Чем определяется спектральный интервал их работы?

7.15. Каковы механизмы рекомбинационного излучения в п/п? Каков общий общий вид спектра рекомбинационного излучения?

7.16. Почему в прямозонных п/п эффективность излучательной рекомбинации выше, чем для непрямозонных?

7.17. Каковы общие принципы работы светодиодов и в чем их различие? Чем определяется их спектральный интервал работы?