Контрольное задание включает вопросы и задачи по трем основным разделам курса: проводники, полупроводники и диэлектрики. Оно состоит из двух частей: ответы на теоретические вопросы и решение задач. Вариант выбирается следующим образом:
— для студентов заочного факультета по двум последним цифрам номера зачетной книжки (личного шифра) студента; если эти цифры составляют число больше 25, то выбор варианта производится по сумме двух последних цифр, например, если номер зачетной книжки 20038, выполняется вариант 11; если номер заканчивается на 00, выполняется вариант 0;
— для студентов очной формы обучения вариант выбирается по аналогичной схеме, но вместо номера зачетной книжки используется номер в списке группы.
Номера заданий для каждого варианта приведены в таблице 1.
Ответы на теоретические вопросы должны быть краткими, но аргументированными, содержать необходимые иллюстрации и формулы. При решении задач необходимо указать все используемые расчетные формулы и привести промежуточные расчеты. Вопрос и условие задачи должны быть обязательно переписаны.
Основные расчетные формулы и значения некоторых физических констант приведены в конце данного учебно-методического пособия. Недостающая информация может быть найдена в рекомендуемой литературе, а также в любых других доступных источниках. При этом в контрольной работе обязательно должна быть ссылка на используемую литературу.
Работы принимаются на проверку только в рукописном виде. На титульном листе обязательно должен быть указан учебный шифр (для заочников) и вариант. Если работа оформлена с нарушением перечисленных требований, она приниматься на проверку не будет.
Таблица 1 – Варианты заданий
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1 Теоретические вопросы
1.ем отличаются зонные структуры проводника, полупроводника и диэлектрика?
2. Зависит ли средняя энергия W свободных электронов в металле от числа атомов, образующих кристалл?
3. Как влияет температура на концентрацию свободных электронов в металле?
4. Почему удельное сопротивление металлов увеличивается с повышением температуры?
5. Как меняется средняя длина свободного пробега в идеально чистом металле и в металле с примесями при увеличении температуры (от абсолютного нуля)?
6. Почему металлические сплавы типа твердых растворов обладают более высоким удельным сопротивлением, чем чистые компоненты, образующие сплав?
7. Изобразите (качественно) график зависимости удельного сопротивления от состава бинарного сплава, компоненты которого обладают ограниченной взаимной растворимостью в твердой фазе.
8. Почему при термической закалке удельное сопротивление металлов возрастает, а при термическом отжиге – уменьшается?
9. Как и почему изменяется удельное сопротивление металлов при плавлении?
10. Как и почему изменяется удельное сопротивление металлов при механических воздействиях (сжатие, растяжение, изгиб, пластическая деформация)?
11. Одинаковым ли будет относительное изменение удельного сопротивления меди для двух температурных интервалов: (20 – 60) 0С и (60 – 100) 0С (по отношению к начальному значению в каждом из этих интервалов)?
12. Почему разность потенциалов, возникающую при контакте двух различных металлов, нельзя измерить с помощью вольтметра?
13. В каких условиях возможно появление термоЭДС в замкнутой цепи? Назовите основные механизмы, ответственные за возникновение термоЭДС.
14. Объясните, почему относительная удельная термоЭДС уменьшается при понижении температуры и стремится к нулю по мере приближения температуры к абсолютному нулю.
15. Всегда ли горячий конец металлического проводника имеет положительную полярность термоЭДС?
16. Почему в формулы для плотности тока и удельной проводимости металлов входит концентрация всех свободных электронов, хотя реально в электропроводности участвует лишь небольшая часть электронов?
17. Медный и алюминиевый провода равной длины имеют одинаковые сопротивления. Определите отношение диаметров и масс этих проводов.
18. Объясните, почему при переходе с непрерывного режима питания электронагревательного элемента из нихрома на режим многократного включения и отключения срок службы нагревателя существенно сокращается.
19. Последовательная цепь состоит из нескольких осветительных ламп с вольфрамовой нитью накаливания, имеющих одинаковую мощность и номинальное напряжение. Если одну из них заменить на лампу с таким же напряжением, но большей мощности, она будет гореть ярче или тусклее прежней?
20. Для сплавов двух металлов А и В при температуре Т1 получены показанные на рисунке 1 зависимости удельного сопротивления ρ и температурного коэффициента удельного сопротивления αρ от состава сплава. Постройте (качественно) на этом же рисунке зависимость удельного сопротивления от состава сплава для температуры T2 > T1, считая, что αρ от температуры практически не зависит.
Рисунок 1
21. Имеется два сплава меди с одинаковым количеством примеси: сплав А с добавлением кадмия и сплав Б с добавлением сурьмы. Определите, в каком из этих сплавов влияние примесей сильнее сказывается на относительном изменении удельной проводимости.
22. Объясните, почему тонкие металлические пленки имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
23. Объясните, почему удельное электрическое сопротивление тонких металлических пленок больше, чем у объемных образцов из того же металла.
24. Почему сопротивление проводника переменному току больше, чем постоянному?
25. Проволочный нихромовый и металлооксидный резисторы, имеющие одинаковые номинальные сопротивления, включены параллельно и на них подано напряжение. Как будут меняться во времени (с момента подачи напряжения) токи, протекающие через эти резисторы?
26. Проволочный нихромовый и металлооксидный резисторы, имеющие одинаковые номинальные сопротивления, включены последовательно и на них подано напряжение. Как будет меняться во времени (с момента подачи) напряжение на каждом резисторе?
27. При комнатной температуре средняя энергия тепловых колебаний атомов существенно меньше ширины запрещенной зоны полупроводников. Каким образом электроны из валентной зоны могут переходить в зону проводимости в собственном полупроводнике?
28. Сколько электронов находится на уровне Ферми в собственном полупроводнике? Как влияет температура на положение этого уровня?
29. Почему рассеяние на ионизированных примесях относительно слабо сказывается на подвижности носителей заряда при повышенных температурах?
30. Может ли удельное сопротивление полупроводников возрастать при нагревании?
31. Изобразите (качественно) на рисунке, как будет изменяться удельное сопротивление полупроводника с постоянной концентрацией доноров, если в него последовательно вводить все большее количество акцепторов.
32. В идеально скомпенсированном полупроводнике концентрация электронов равна концентрации дырок. Можно ли считать, что при всех температурах удельное сопротивление такого полупроводника равно собственному удельному сопротивлению?
или напишите нам прямо сейчас
33. Перечислите основные физические факторы, которые обусловливают нарушение закона Ома в полупроводниках при воздействии на них сильного электрического поля.
34. Назовите основные факторы, от которых зависят время жизни и диффузионная длина неравновесных носителей заряда.
35. Назовите основные механизмы поглощения света в полупроводниках. Какие из механизмов являются активными?
36. В чем заключается принципиальное отличие рекомбинационных ловушек от ловушек захвата? Как изменяется фотопроводимость полупроводников при увеличении числа рекомбинационных ловушек?
37. Какие причины обусловливают нелинейное изменение фотопроводимости полупроводников в зависимости от интенсивности облучения?
38. Какова должна быть ширина запрещенной зоны полупроводникового материала, чтобы длина волны рекомбинационного излучения приходилась на видимую часть спектра?/p>
39. Определите тип электропроводности полупроводника, если ЭДС Холла имеет полярность, указанную на рисунке 2.
Рисунок 2
40. Изменится ли значение ЭДС Холла, если ширину полупроводниковой пластины b (рисунок 2) уменьшить в 2 раза: 1) при неизменных напряженностях электрического и магнитного полей; 2) при неизменных индукции магнитного поля и плотности тока через образец; 3) при неизменных индукции магнитного поля и тока через образец?
41. Почему значения термоЭДС полупроводников резко уменьшаются при переходе от примесной к собственной электропроводности?
42. Каков знак термоЭДС у полупроводников с собственной электропроводностью?
43. У каких полупроводников и при каких условиях удельная термоЭДС обращается в ноль?
44. Определить направление термоЭДС в полупроводнике, обусловленной тем, что основными носителями заряда в полупроводнике являются дырки.
45. При пропускании тока через собственный полупроводник под действием поперечного магнитного поля происходит отклонение электронов и дырок к одной и той же боковой грани образца. Возникающее при этом поле Холла не может воспрепятствовать одновременному поперечному смещению электронов и дырок. Объясните, каким образом в полупроводнике достигается состояние динамического равновесия и у боковых граней не происходит бесконечного накопления носителей заряда?
46. Почему для изготовления большинства полупроводниковых элементов требуются монокристаллические материалы и не могут быть использованы поликристаллические образцы?
47. Каким образом производится кристаллизационная очистка кремния и германия? Какой метод получил наибольшее распространение для выращивания крупных монокристаллов этих полупроводников?
48. В чем заключается принципиальное отличие зонной плавки германия и кремния?
49. Изобразите пространственное распределение зарядов и энергетические диаграммы симметричного резкого р-n перехода для следующих случаев: а) внешнее напряжение отсутствует; б) прямое смещение перехода; в) обратное смещение перехода. При построениях по горизонтальной оси откладывать расстояние х. Укажите направление диффузионного электрического поля и высоту потенциального барьера p-n перехода.
50. Изобразите пространственное распределение зарядов и энергетические диаграммы несимметричного резкого р-n перехода (NA > ND), где NA – концентрация акцепторных примесей в р-области; ND – концентрация донорных примесей в n-области (примеси считать ионизированными), для следующих случаев: а) внешнее напряжение отсутствует; б) прямое смещение перехода; в) обратное смещение перехода. При построениях по горизонтальной оси откладывать расстояние х. Укажите направление диффузионного электрического поля и высоту потенциального барьера p-n перехода.
51. Для резкого несимметричного p-n-перехода при NA = 2ND постройте распределение концентрации примесей N(x), плотности объемного заряда Q, градиента потенциала dj/dx и потенциала j вдоль координаты х, перпендикулярной границе р-n-перехода. Примеси считаются ионизированными.
52. Для симметричного плавного p-n-перехода с линейным распределением концентрации примесей постройте распределение концентрации примесей N(x), плотности объемного заряда Q, градиента потенциала dj/dx и потенциала j вдоль координаты х, перпендикулярной границе р-n-перехода. Примеси считаются ионизированными.
53. Как и почему изменяется высота потенциального барьера р-n-перехода с изменением температуры и с изменением концентрации примесей в прилегающих к переходу областях?
54. Почему термодинамическая работа выхода для полупроводника n-типа меньше, чем для полупроводника р-типа?
55. Можно ли использовать контактную разность потенциалов, возникающую в р-n-переходе, в качестве источника напряжения?
56. Почему контактную разность потенциалов в полупроводнике с неравномерным распределением примесей нельзя измерить вольтметром?
57. Физические свойства какой из двух областей р-n-перехода определяют дырочный диффузионный ток через него при постоянных напряжении и температуре?
58. От чего зависит и чем определяется концентрация неосновных носителей заряда на границах p-n-перехода при малых токах через переход?
59. К несимметричному р-n-переходу с концентрацией примесей ND » NA приложено обратное напряжение. Указать составляющую тока, которая будет наибольшей при этих условиях.
60. Какая из двух областей р-n-перехода обладает более высоким удельным сопротивлением, если известно, что число дырок, инжектируемых через p-n-переход в единицу времени, на несколько порядков больше числа электронов?
61. Как скажется на значении обратного тока насыщения p-n-перехода пропорциональное увеличение концентрации примесей в обеих его областях? Как изменится этот ток, если концентрация примесей увеличится только в одной области, а в другой останется неизменной?
62. Почему примесные энергетические уровни в полупроводниках n – типа не расщепляются?
63. В полупроводнике n – типа одновременно с ионизацией примеси происходит тепловая генерация, в результате которой образуется пара носителей – электрон и дырка. Почему в таком случае концентрация дырок на несколько порядков меньше?
64. Сопровождается; ли эффект Холла изменением значения сопротивления полупроводника?
65. В полупроводнике р – типа одновременно с ионизацией примеси происходит тепловая генерация, в результате которой образуется пара носителей – электрон и дырка. Почему в таком случае концентрация электронов на несколько порядков меньше?
66. Объясните, как можно определить тип электропроводности полупроводника с помощью эффекта Зеебека.
67. От какого параметра полупроводникового материала зависит высота потенциального барьера p — n – перехода при одинаковой концентрации примесей в n – и р – областях?
68. В каком из полупроводниковых материалов – арсениде галлия или фосфиде галлия – больше контактная разница потенциалов?
69. Какие процессы происходят в полупроводнике при наличии на его поверхности зарядов? Нарисуйте энергетические диаграммы полупроводника р-типа при наличии на его поверхности: а) небольшого положительного заряда; б) положительного заряда большой плотности. Вдоль горизонтальной оси откладывайте расстояние х, отсчитываемое вглубь от поверхности полупроводника.
70. При нагреве полупроводника до определенного значения коэффициент Холла не меняется, а удельное сопротивление несколько возрастает. При дальнейшем росте температуры обе величины резко уменьшаются. Почему?
71. Какие процессы происходят в полупроводнике при наличии на его поверхности зарядов? Нарисуйте энергетические диаграммы полупроводника р-типа при наличии на его поверхности: а) небольшого отрицательного заряда; б) отрицательного заряда большой плотности. Вдоль горизонтальной оси откладывайте расстояние х, отсчитываемое вглубь от поверхности полупроводника.
72. Сравните (качественно) времена жизни и диффузионные длины неравновесных носителей заряда в собственном и компенсированном полупроводниках, имеющих одинаковые удельные сопротивления.
73. Какие процессы происходят в полупроводнике при наличии на его поверхности зарядов? Нарисуйте энергетические диаграммы полупроводника n-типа при наличии на его поверхности: а) небольшого положительного заряда; б) положительного заряда большой плотности. Вдоль горизонтальной оси откладывайте расстояние х, отсчитываемое вглубь от поверхности полупроводника.
74. Что такое барьерная емкость p — n – перехода?
75. Какие процессы происходят в полупроводнике при наличии на его поверхности зарядов? Нарисуйте энергетические диаграммы полупроводника n-типа при наличии на его поверхности: а) небольшого отрицательного заряда; б) отрицательного заряда большой плотности. Вдоль горизонтальной оси откладывайте расстояние х, отсчитываемое вглубь от поверхности полупроводника.
76. Какие особенности имеет контакт между полупроводниками одного типа электропроводности?
или напишите нам прямо сейчас
