МиКЭТ Экз билеты (каравашкина ставит автомат, если сдал все лабы, рефераты и был активным)

кристалла. Рассеяние на дефектах не зависит от температуры, поэтому при приближении температуры к абсолютному нулю сопротивление металлов стремится к некоторому постоянному значению – остаточному сопротивлению.

ρ = ρТ + ρОСТ

ρТ – удельное сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов кристаллической решётки; ρОСТ – удельное остаточное сопротивление,

обусловленное рассеянием электронов на статических дефектах структуры. Наибольший вклад в остаточное сопротивление вносит рассеяние на примесях

(загрязнение либо преднамеренное легирование).

Для двухкомпонентных сплавов ρ = С = (1 − )

ОСТ

C – константа, зависящая от природы сплаваи – атомные доли компонентов в сплаве Правило Линде:

∆ρОСТ = + (∆ )2

∆ – разность валентностей металла-растворителя и примесного атома

Также большое влияние на удельное сопротивление металлов и сплавов оказывают искажения, вызываемые напряжённым состоянием, например, при всестороннем сжатии у большинства металлов сопротивление уменьшается. Это объясняется сближением атомов и уменьшением амплитуды тепловых колебаний атомов в решётке.

Термическая закалка приводит к повышению сопротивления, что связано с искажением решётки. При рекристаллизации путём термической обработки (отжига) значение сопротивления может быть снижено до первоначального, посколько происходит “залечивание” дефектов.

6.​ Сверхпроводящие металлы и сплавы.

У многих металлов и сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю, наблюдается резкое уменьше удельного сопротивления постоянному электрическому току. Это явление получило название сверхпроводимости, а температуру, при которой

11

происходит переход в сверхпроводящее состояние, называют критической температурой перехода.

При R=0 разность потенциалов на любом отрезке сверхпроводника равна нулю. Это означает, что электрическое поле внутри сверхпроводящего материала отсутствует. Электроны, создающие ток, в этом случае движутся с постоянной скоростью, не рассеиваясь на тепловых колебаниях решётки и её неоднородностях. Чтобы создать сверхпроводящий ток, нужно затратить лишь начальную энергию, ускоряя электроны до определённой скорости дрейфа.

Явление сверхпроводимости возникает только в том случае, когда электроны в металле притягиваются друг к другу и образуют куперовские пары, которые при движении в кристалле не рассеиваются на дефектах структуры, т.е. благодаря спариванию электронов исключаются факторы, ограничивающие длину свободного пробега. Важно, что притяжение между электронами возможно только в среде, содержащей положительно заряженные ионы, поле которых ослабляет кулоновское отталкивание одинаково заряженных частиц.

Электрон, движущийся среди положительно заряженных ионов, электростатическими силами притягивает к себе ближайшие ионы. Благодаря такому смещению ионов из положений равновесия локально возрастает объемная плотность положительного заряда. Так как ионы намного тяжелее электронов, то возникшее «облако» положительного заряда рассасывается относительно медленно. К этой области

12

может притягиваться другой электрон. В результате за счет взаимодействия с решеткой между электронами 1 и 2 возникает эффективное притяжение, которое превосходит силы кулоновского отталкивания

Важнейшая особенность сверхпроводников состоит в том, что внешнее магнитное поле не проникает в толщу образца, затухая в тончайшем слое. Сверхпроводники являются идеальными диамагнетиками с магнитной проницаемостью 0.

Состояние сверхпроводимости может быть разрушено, если напряжённость магнитного поля превысит некоторое критическое значение. По характеру перехода из сверхпроводящего состояния различают:

Сверхпроводники 1-го рода переходят скачкообразно, как только напряжённость поля достигнет критического значения

Сверхпроводники 2-го рода переходят постепенно; для них различают нижнюю и верхнюю критические напряжённости.

7.​ Характеристика и основные физико-химические, электрические и оптические свойства элементарных полупроводников.

Удельное сопротивление ρ = 10^-5…10^8 Ом*м П/п имеют большой разброс диэлектрической проницаемости 101…103 Теплопроводность 100…102 Вт/(м*K)

Температурный коэффициент линейного расширения ~10-6 1/K

Механизмы поглощения излучения для разных участков спектра: 1)​ Собственное поглощение света – фотогенерация

Обусловлено переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости, т.е. энергия фотонов идёт на ионизацию собственных атомов п/п.

2)​ Экситонное поглощение Под действием света в п/п могут возникать неравновесные двухчастичные образования,

состоящие из электрона и дырки, взаимосвязанных собственными электростатическими полями. Такие возбуждённые состояния в п/п называются экситоны.

3)​ Поглощение света носителями заряда

13

Обусловлен переходами электронов и дырок с одного уровня на другой под влиянием квантов света внутри энергетических зон.

4)​ Примесное оптическое поглощение Обусловлено переходами носителей заряда с локализованных состояний в одну из

разрешённых зон или в другое локализованное состояние. Это, в первую очередь, фотоионизация примесных центров, т.е. переход электронов с донорных уровней в зону проводимости, либо на заброс дырок с уровней акцепторов в валентную зону.

5)​ Поглощение света кристаллической решёткой Это поглощение увеличивает колебательную энергию фотонов – поглощение фотона

приводит к рождению фотонов. Проявляется в далёкой инфракрасной области спектра и накладывается на примесное поглощение и поглощение носителями заряда.

Изменение электрической проводимости или удельного сопротивления вещества под воздействием электромагнитного излучения называют фотопроводимостью (фоторезистивным эффектом).

Люминесценцией называется электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний; вещества, способные люминесцировать, называют люминофорами.

14

Примеси, предоставляющие электроны в зону проводимости п/п, назваются донорами, а примеси, захватывающие электроны из валентной зоны – акцепторами.

Носители заряда, концентрация которых оказывается преобладающей, называются основными, а носители заряда противоположного знака, т.е. с меньшей концентрацией –

неосновными.

Вырожденный п/п – это п/п, концентрация примесей в котором настолько велика, что собственные электрический свойства практически не проявляются, а проявляются в основном свойства примеси (уровень Ферми перекрывается зоной проводимости/валентной зоной)

9.​ Влияние температуры на параметры полупроводниковых материалов.

16

(аналогичная картина для дырок в п/п, легированных акцепторами)

область 4 – 6 называется областью истощения примесей, а далее влияние примесей на концентрацию носителей заряда ослабевает – это означает, что происходит переход в

область собственной электропроводности.

10.​ Процессы переноса носителей заряда в полупроводниках. Неравновесные носители заряда.

Под действием внешнего электрического поля носители заряда приобретают некоторую скорость направленного движения (скорость дрейфа) и создают электрический ток.

Отношение средней установившейся скорости направленного движения к напряжённости электрического поля называется подвижностью носителей заряда.

Причины рассеяния носителей заряда в п/п:

1)​ Тепловые колебания атомов или ионов кристаллической решётки 2)​ Примеси в ионизированном или в нейтральном состоянии

3)​ Дефекты решётки (пустые узлы; искажения, вызванные атомами внедрения; дислокации; трещины; границы кристаллов и т.д.)

В примесных полупроводниках генерацию называют монополярной, поскольку она отличается образованием носителей заряда только одного знака.

17

Рекомбинационные ловушки – это примеси и дефекты структуры, создающие в запрещённой зоне (ЗЗ) энергетические уровни, достаточно удалённые от её краёв. Процесс рекомбинации с участием ловушек – это переход электронов из зоны проводимости в валентную зону последовательными актами.

11.​ Контактные явления в полупроводниках. Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия.

В пограничных контактных слоях возникают электрические потенциальные барьеры, и концентрации носителей заряда внутри этих слоев могут сильно изменяться по сравнению с их значениями в объеме. Эти контактные слои называют электрическими переходами. Переходы между областями полупроводника с различными видами проводимости называются электронно-дырочными или p-n-переходами.

Если концентрация примесей в контактирующих областях одинаковы, то p-n-переход называют симметричным. В противном случае он называется

несимметричным.

Область с большей концентрацией примесных атомов называют эмиттером, а с меньшей – базой.

При контакте п/п с различной шириной запрещённой зоны образуются

гетеропереходы, а с одной шириной ЗЗ – гомопереходы.

18

В состоянии теплового равновесия в переходе (несимметричном) распределение заряда является неравномерным – возникает диффузия электронов из n-области в p-область, а дырок, наоборот, – из p-области в n-область. Электроны будут рекомбинировать с дырками до тех пор, пока не наступит равновесие.

С одной стороны от металлургической границы в результате рекомбинации концентрация дырок уменьшится и обнажатся нескомпенсированные отрицательные заряды (ионы) акцепторов, а с другой стороны от границы обнажатся нескомпенсированные положительные ионы доноров.

Вблизи границы образуется слой с пониженной концентрацией свободных носителей – обеднённая область.

Возникающие в окрестности границы объёмные заряды ионов создают электрическое поле, препятствующее диффузии основных носителей заряда. Это же электрическое поле вызывает дрейфовое движение неосновных носителей заряда через p-n-переход, т.е. электронов из p в n-область и дырок в обратном направлении. Напряжённость внутреннего поля нарастает до тех пор, пока оно не скомпенсирует диффузионное движение зарядов через p-n-переход. В результате как электронный, так и дырочный ток, протекающий через переход в равновесном состоянии, будет равен нулю.

12.​ Контактные явления в полупроводниках. Влияние свойств материала и параметров конструкции на параметры перехода.

см. предыдущий вопрос. + Разные материалы обладают разной шириной запрещённой зоны, которая в свою

очередь влияет на величину теплового тока (Δw~I0), на напряжение пробоя (Δw~Uпроб.). На параметры контакта влияют примеси. В p-n переходах более легированные

области имеют менее широкий обеднённый слой, что влияет на ёмкость перехода.

13.​ Основные физические процессы в диэлектриках. Электропроводность диэлектриков.

Удельное сопротивление ρ > 10^8 Ом*м Поляризация – состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием

электрического момента у любого элемента его объёма. Может быть вызвана электрическим полем, оптическим излучением, изменением температуры, деформацией.

19

Токи смещения – поляризационные токи, обусловленные протекающими до момента установления равновесного состояния поляризационными процессами смещения любых зарядов в веществе.

Абсорбционные токи – токи смещения при различных видах замедленной поляризации

Наличие небольшого числа свободных зарядов, а также инжекция их из электродов приводят к возникновению токов сквозной электропроводности

Полная плотность тока в диэлектрике называется током утечки:

ут = абс + скв

У твёрдых изоляционных материалов различают объёмную и поверхностную электропроводности, а для их оценки используют удельные объёмное и поверхностное сопротивления.

Удельное объёмное сопротивление ρ численно равно сопротивлению куба с

ребром в 1 м, мысленно выделенного из исследуемого материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба, Ом*м.

Удельное поверхностное сопротивление ρ численно равно сопротивлению

квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через две противоположные стороны этого квадрата, Ом.

Электропроводность газов

Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа. Этот процесс называется ударной ионизацией. Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются излучение и термическое воздействие.

20