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

1. 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 (n_i). 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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,

15. 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.

16. 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.

19. Опишите процессы, происходящие в электронно-дырочном переходе при пробое: а) тепловом; б) лавинном; в) туннельном.

19. Опишите зависимость концентрации носителей заряда и проводимости от температуры:

а) собственного полупроводника; б) примесного полупроводника.

3