Материалы электронной техники. Полупроводники. Проводниковые материалы. Магнитные материалы. Учебное пособие

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

A – работа выхода

C – электрическая емкость с – скорость света в вакууме

D– коэффициент диффузии d – длина, расстояние

E– напряженность электрического поля, энергия

Eg , E – ширина запрещенной зоны

f – частота, функция

h – толщина, постоянная Планка I – электрический ток

IS ,I0 – ток насыщения

IG – ток термогенерации

i– мгновенное значение тока J – интенсивность излучения

j– плотность тока

k– постоянная Больцмана

НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ

1.Скорость света в вакууме, c 2,998 108 м/с

2.Заряд электрона, q 1,602 10 19 Кл

3.Масса покоя электрона, mn 9,109 10 31 кг

4.Масса покоя протона, mP 1,673 10 27 кг

5.Постоянная Планка, h 6,626 10 34 Дж ∙ с

6.Приведенная постоянная Планка ћ = h/(2π) = 1,055 10 34 Дж ∙ с

7.Постоянная Больцмана, k 1,381 10 23 Дж/К

8.Число Авогадро, Nо 6,023 1023 1/моль

9.Электрическая постоянная, 8,849 10 12 Ф/м

10.Тепловой потенциал (при T = 300 К), т = kT/q = 0,0258 В

6

УКАЗАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Материал настоящего задачника составлен таким образом, чтобы он способствовал закреплению теоретических знаний, а также вырабатывал навык в решении инженерных задач.

При решении задачи необходимо прежде всего установить, какие физические закономерности лежат в ее основе. Затем с помощью формул, выражающих эти закономерности, следует найти решение задачи или ее части в общем виде (т. е. в буквенных обозначениях), причем искомая величина должна быть выражена через заданные величины. После этого можно перейти к подстановке числовых данных, обязательно выраженных в одной и той же системе единиц. Рекомендуется пользоваться единицами системы СИ. Числовой ответ непременно должен иметь размерность.

В некоторых задачах для нахождения искомых величин приходится решать систему достаточно громоздких уравнений. В этом случае целесообразно сначала подставить в эти уравнения известные числовые коэффициенты, а затем находить искомые величины.

Ход всех преобразований и вычислений должен быть четко показан в решении задачи. Вычисления, как правило, достаточно делать с точностью до второго-третьего знака после запятой. Это обычно определяется точностью представления исходных данных.

Полученное в виде числового ответа решение необходимо проверить каким-либо способом. Полезно оценить результат, сначала вычислив его приближенно путем округления значений до удобных для вычисления.

Некоторые задачи можно решить несколькими методами, что позволяет сделать вывод о том, какие из них наиболее рациональны. Всегда следует считать лучшим тот метод решения, который проще, т. е. требует меньшего числа действий.

В заключение кратко перечислим основные рекомендации, следование которым поможет существенно облегчить решение инженерных задач.

7

1.Необходимо обращать внимание на все без исключения слова в условии, поскольку при наличии или отсутствии каких-либо, на первый взгляд, малосущественных ограничений ощутимо упрощается решение.

2.Перед решением задачи желательно выписать все известные и относящиеся к решению законы и формулы.

3.Перед решением сложной и непонятной задачи необходимо попытаться сначала свести задачу к более частной и, как правило, к более простой.

4.Для удобства интерпретации условия задачи и поиска решения полезно делать соответствующие рисунки и чертежи, желательно как можно более крупными, в натуральную величину или в масштабе. Имеющиеся в условии чертежи достраивать до удобных.

5.Число уравнений должно соответствовать количеству неизвестных по ходу решения. При необходимости нужно вводить новые неизвестные.

6.Если сразу после прочтения условия задачи возможные пути ее решения с первого взгляда не очевидны, необходимо сначала формально записать все возможные уравнения, которые могут привести к решению.

7.Необходимо помнить, что в конечных формулах должны присутствовать только буквы (данные), которые описываются в условии как известные, плюс общеизвестные константы. Если условие задачи составлено корректно, то в одном из вариантов решения должны присутствовать все известные по условию данные. Если это не так, то либо вариантов решения несколько, либо (что вероятнее) задача решена неверно.

8.Всякое решение необходимо проверить на здравый смысл, на предельные и частные случаи, на размерность и на порядки.

8

РАЗДЕЛ 1

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Полупроводниковыми свойствами обладает целый ряд материалов, разнообразных по составу и строению. Наиболее простой является классификация материалов по их удельному сопротивлению.

Вещества с удельным сопротивлением от 10 4 до 1010 Ом ∙ см мо-

гут быть отнесены к группе полупроводниковых материалов. В этом же диапазоне заключены удельные сопротивления многих сплавов, резистивных композиций, некоторых диэлектриков с ионной проводимостью. Одним из главных свойств полупроводников можно считать отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления. Кроме того удельное сопротивление полупроводника можно изменять в широких пределах, варьируя концентрацией активных примесей. Свободные носители заряда появляются также при действии на полупроводниковый материал различных видов внешних возмущающих факторов, таких как температура, электромагнитное излучение, механическое воздействие.

Полупроводниками являются как простые химические элементы (занимают центральную часть периодической системы Менделеева – германий, кремний, селен и т. д.), так и многие сложные химические соединения и многофазные системы (например, соединения типа

A3B5, A2B6 и т. д.).

Любой полупроводниковый материал в зависимости от вида и концентрации примеси, а также от температуры может быть собственным или примесным.

Собственный полупроводник не содержит примесей, и проводимость осуществляется за счет переходов электронов из валентной зоны в зону проводимости. Не следует отождествлять понятия «собственный полупроводник» и «собственная проводимость». При достижении

9