Файл: Контрольная работа для студентов заочной формы обучения по дисциплине.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 68
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИФедеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования“Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникацийим. проф. М. А. Бонч-Бруевича”__________________________________________________________________Контрольная работа для студентов заочной формы обученияпо дисциплинеМатериалы электронной техникиВариант№2Фамилия: ДорофеевИмя: МихаилОтчество: ВладимировичКурс: 2Группа №: АБ-03зСанкт-Петербург2022
Таблица данныхЗадача 1Определить концентрацию носителей заряда в собственном германии при температуре 160 К. Данные в таблице 1Решение:Полупроводник называется собственным или типа i, если в нём отсутсвуют какиу-либо примеси. В этом случае свободные электроны и дырки образуются попарно только за счёт тепловой генерации и рекомбинируют также попарно. Следовательно, в собственном полупроводнике концентрация свободных электронов равна концентрации дырок. Поскольку ширина запрещённой зоны полупроводника зависит от температуры, определим её используя зависимость по формуле
Параметры берём из таблицы 2Концентрация собственных заряда определяется по формуламСогласно закону действующих масс nipi = ni2 следовательно ↓Зная эффективные плотности состояний можно определить собственную концентрацию носителей заряда:Задача 2РешениеУдельное электрическое сопротивление обратно пропорционально удельной электрической проводимости Поскольку в собственном полупроводнике n = p = niСледовательно полный ток равен дрейфовому току, который в свою очередь, состоит из дырочной и электронной составляющихГде Е – напряжённость приложенного электрического поля. Отношения полного тока к электрической составляющейЗадача 3Сравнить положения уровня Ферми для германия с эффективной плотностью состояний Na= 2 * 1020 м-3, Nb= 29 * 1021м-3 и Ge n-типа с концентрацией электронов nn = 1020 м-3, дырок pn =1021м-3, при Т = 160КРешениеОпределим положение уровня Ферми в собственном полупроводнике по формулеПоскольку в собственном полупроводнике концентрация дырок равна концентрации электронов
Найдём положение уровня Ферми относительно середины запрещённой зоны. Поскольку энергия уровней измеряется в электрон-вольтах (Эв), возьмём постоянную Больцмана k = 8,614 * 10-5 эВ/К получимСледовательно, уровень Ферми в собственном полупроводнике лежит выше середины запрещённой зоны на 0,045 эВ. В полупроводнике n-типа концентрация электронов и дырок равны согласно формуле выше↑Возьмём отношение концентраций и выразим уровень ФермиНайдём положение уровня Ферми относительно середины запрещённой зоныСледовательноВ полупроводнике n-типа уровень Ферми расположен на 0,11 эВ выше уровня собственного полупроводникаЗадача 4Определить концентрацию свободных дырок и электронов в полупроводнике р-типа, если собственная концентрация носителей ni = 1018 м-3 акцепторных Na = 1020 м-3РешениеПри некоторой температуре все акцепторы становятся ионизированными и концентрация дырок в валентной зоне примерно равна концентрации акцепторных примесейИз закона действующих масс, найдём концентрацию электронов, которые для акцепторного полупроводника являются неосновными носителями зарядаЗадача 5Определить концентрацию свободных электронов и дырок в полупроводнике n-типа, если собственная концентрация носителей равна ni =5*1019 м-3, концентрация донорных примесей Nd = 1021 м-3Решение
В общем случае в полупроводнике должно выполняться условие электронейтральности, когда положительный заряд ионизированных доноров и дырок скомпенсирован отрицательным зарядом свободных электроновИз закона действующих масс выразим концентрацию электронов и подставим предыдущее выражениеСледовательно, концентрация неосновных носителей заряда (дырок в полупроводнике n-типа) будет равнаНайдём концентрацию электроновТаким способом рационально находить концентрации носителей заряда при условии, что собственная концентрация по порядку близка к концентрации легирующей примеси, то есть когда ni≈ NdЕсли собственная концентрация носителей много больше концентрации легирующих примеси, то преобладает механизм тепловой генерации и концентрация основных и неосновных носителей заряда примерно равна собственной концентрации.
| Вариант 2 | Материал п/п | Температура Т, К | Концентрация | примесей | Площадь Перехода S, мм2 |
| Na, m-3 | Nd, m-3 | ||||
| 2 | Ge | 160 | 2 * 1020 | 29 * 1021 | 2 |
Параметры берём из таблицы 2Концентрация собственных заряда определяется по формуламСогласно закону действующих масс nipi = ni2 следовательно ↓Зная эффективные плотности состояний можно определить собственную концентрацию носителей заряда:Задача 2РешениеУдельное электрическое сопротивление обратно пропорционально удельной электрической проводимости Поскольку в собственном полупроводнике n = p = niСледовательно полный ток равен дрейфовому току, который в свою очередь, состоит из дырочной и электронной составляющихГде Е – напряжённость приложенного электрического поля. Отношения полного тока к электрической составляющейЗадача 3Сравнить положения уровня Ферми для германия с эффективной плотностью состояний Na= 2 * 1020 м-3, Nb= 29 * 1021м-3 и Ge n-типа с концентрацией электронов nn = 1020 м-3, дырок pn =1021м-3, при Т = 160КРешениеОпределим положение уровня Ферми в собственном полупроводнике по формулеПоскольку в собственном полупроводнике концентрация дырок равна концентрации электронов
Найдём положение уровня Ферми относительно середины запрещённой зоны. Поскольку энергия уровней измеряется в электрон-вольтах (Эв), возьмём постоянную Больцмана k = 8,614 * 10-5 эВ/К получимСледовательно, уровень Ферми в собственном полупроводнике лежит выше середины запрещённой зоны на 0,045 эВ. В полупроводнике n-типа концентрация электронов и дырок равны согласно формуле выше↑Возьмём отношение концентраций и выразим уровень ФермиНайдём положение уровня Ферми относительно середины запрещённой зоныСледовательноВ полупроводнике n-типа уровень Ферми расположен на 0,11 эВ выше уровня собственного полупроводникаЗадача 4Определить концентрацию свободных дырок и электронов в полупроводнике р-типа, если собственная концентрация носителей ni = 1018 м-3 акцепторных Na = 1020 м-3РешениеПри некоторой температуре все акцепторы становятся ионизированными и концентрация дырок в валентной зоне примерно равна концентрации акцепторных примесейИз закона действующих масс, найдём концентрацию электронов, которые для акцепторного полупроводника являются неосновными носителями зарядаЗадача 5Определить концентрацию свободных электронов и дырок в полупроводнике n-типа, если собственная концентрация носителей равна ni =5*1019 м-3, концентрация донорных примесей Nd = 1021 м-3Решение
В общем случае в полупроводнике должно выполняться условие электронейтральности, когда положительный заряд ионизированных доноров и дырок скомпенсирован отрицательным зарядом свободных электроновИз закона действующих масс выразим концентрацию электронов и подставим предыдущее выражениеСледовательно, концентрация неосновных носителей заряда (дырок в полупроводнике n-типа) будет равнаНайдём концентрацию электроновТаким способом рационально находить концентрации носителей заряда при условии, что собственная концентрация по порядку близка к концентрации легирующей примеси, то есть когда ni≈ NdЕсли собственная концентрация носителей много больше концентрации легирующих примеси, то преобладает механизм тепловой генерации и концентрация основных и неосновных носителей заряда примерно равна собственной концентрации.