Материал: 4377
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
После увеличения температуры: |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 0 exp( E kTк ) . |
|
|
|||
Тогда, если разделить первое равенство на второе и выразить E, получаем: |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E T T |
k ln( 1 2 ) |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
T2 T1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Подставим численные данные из условия: |
|
|
|||||||||||||||
E T 2 |
|
|
k ln( |
|
2 |
) |
|
( Дж) 350 |
1,38 (ln 3) 10 |
23 |
(эВ) 0,132(эВ) . |
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
к |
|
1,25 |
T (1 1 1,25) |
|
0,25 1,6 10 19 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверяем размерности: |
|
|
|
|
|
||||||||||||
E |
к Дж |
Дж |
|
Дж |
эВ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
Кл |
|
|
|
|
|
||
Ответ: Выполнение условия задачи возможно, если ширина запрещенной зоны собственного полупроводника равна Е=0,132эВ.
4. Условие:Определите высоту потенциального барьера на p-n+ переходе на базе арсенида галия при комнатной температуре, если донорная примесь превышает акцепторную в 1,2, а концентрация донорной примеси 108 см-3. Концентрация собственных носителей в арсениде галия 1,8∙106.
Краткая запись |
Анализ данных |
|
|
Решение |
|
|||
условия |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Дано: |
|
При образовании p-n+ перехода в тон- |
||||||
p-n |
1эВ=1,6∙10-19 Дж |
ком слое на границе примесей образу- |
||||||
t= tк= 20о С |
T=273+20=293 К |
ется потенциальный барьер, препятст- |
||||||
Na Nd 1,2 |
|
вующий возникновению токов через p- |
||||||
Nd=108 см-3 |
Nd=1014 м-3 |
n+ переход, величина которого опреде- |
||||||
ni=1,8∙106 см-3 |
ni=1,8∙1012 м-3 |
ляется выражением: |
|
|
|
|
||
Найти: E-? |
|
|
к |
ln( N |
a |
N |
d |
n2 ) . |
|
|
|
T |
|
i |
|||
|
|
Здесь T kT e ; Nd, Na – концентрация |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
донорной и акцепторной примеси, ni – концентрация собственных носителей в полупроводнике, T – температура, e=1,6∙10-19Кл – заряд электрона, k=1,38∙10-23 Дж/К – постоянная Больцмана. Подставим данные из условия:
|
|
|
1,38 10 23 |
293 |
ln(1,2 |
N 2 |
n2 ) 0,0253 (2ln( N |
n ) 0,18) 0,2078В 207,8мВ |
||
T |
|
|
|
|
||||||
|
|
1,6 |
10 19 |
|
d |
i |
d i |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Проверяем размерности: |
|
|
к Дж |
|
Дж |
В |
T |
к Кл |
|
||||
|
|
|
Кл |
|||
|
|
|
|
|||
Ответ: При таких условиях на p-n+ переходе возникнет потенциальный барьер, высота которого равна 207,8мВ.
17
5. Условие: Определить сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общей базой, если коэффициент усиления по току равен 0,95, а входное сопротивление составляет 1 Ом (Ku=30).
Краткая запись |
Анализ данных |
Решение |
|
условия |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Дано: |
|
Схема с общей базой: |
|
ОБ |
|
|
|
KI=0,95 |
|
|
|
Rв=1 Ом |
|
|
|
Ku=30 |
|
|
|
Найти:Rн-? |
|
|
|
|
|
|
Сопротивление нагрузки находится в цепи коллекторного тока, поэтому является выходным сопротивлением транзистора. Поэтому коэффициент усиления по напряжению:
Ku Uв ых Rн KI .
Uв х Rв
Здесь KI – коэффициент усиления по току, при такой схеме включения равный отношению тока коллектора к току эмиттера. Отсюда:
Rн Ku Rв 30 1(Ом) 31,6Ом
KI 0,95
Ответ: Сопротивление нагрузки 31,6 Ом.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Каждое индивидуальное задание представляет собой набор нескольких задач, относящихся к определенному разделу физики. Цель индивидуального задания – практическое освоение теоретического курса и приобретение навыков решения задач, имеющих как учебный, так и прикладной характер.
Решенные примеры не заменяют учебный и лекционный материал, поэтому перед выполнением задач следует ознакомиться с соответствующими
18
разделами теоретического курса лекций или учебников, которые приведены в рекомендуемом списке литературы.
Впроцессе расчетов следует обратить внимание на согласованность единиц измерения величин, входящих в формулы. (Не забывайте писать, в каких единицах получен результат). Рекомендуемые единицы измерения приведены в перечне используемых обозначений. Все арифметические вычисления следует выполнять с точностью до трѐх значащих цифр, принятой для инженерных расчѐтов.
После решения задач, входящих в задание, листы с решениями брошюруются и снабжаются титульным листом с обязательным указанием дисциплины, номера варианта задания и данных студента.
При представлении задач обязательными элементами являются:
–текст задачи и числовые исходные данные;
–расчѐтные формулы;
–проверка размерностей.
Впроцессе защиты индивидуального задания студентам могут быть предложены контрольные вопросы и задачи из соответствующего раздела курса.
Небрежно оформленные и выполненные не по своему варианту индивидуальное задания к защите не принимаются.
Выполнение индивидуальных заданий максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний.
ВАРИАНТЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Вариант 1
1.Оцените минимальный размер области локализации электрона, энергия которого не превышает 10 эВ.
2.Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при комнатной температуре, если длина волны излучения п/п лазера
700 нм.
3.Определите ширину запрещенной зоны собственного полупроводника, если при увеличении температуры в 1,05 раза, его удельное сопротивление уменьшилось в четыре раза. Начальная температура образца Т = 300 К.
4.Определите высоту потенциального барьера на p+-n переходе на герма-
ниевой базе при комнатной температуре, если акцепторная примесь превышает донорную в 1,5 раза, а концентрация донорной примеси 1015 см-3. Концентрация собственных носителей в германии 2,4∙1013.
5.Определите сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общей базой, если коэффициент усиления по току равен 0,95, а входное сопротивление составляет 1 Ом (Ku=30).
19
Вариант 2
1.Оцените (в эВ) минимальную энергию электрона, локализованного в области с размерами 1 Ǻ.
2.Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при температуре на 50 К выше комнатной, если длина волны излучения п/п лазера 0,85 мкм.
3.Определите ширину запрещенной зоны собственного полупроводника, если при увеличении температуры в 1,25 раза, его удельное сопротивление уменьшилось в три раза. Конечная температура образца Т = 350 К.
4.Определите высоту потенциального барьера на симметричном p-n перехо-
де на кремниевой базе при комнатной температуре, концентрация донорной примеси 1012 см-3. Концентрация собственных носителей в германии
1,4∙1010.
5.Определите сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общим эмиттером, если коэффициент усиления по току равен 45, а входное сопротивление составляет 5 Ом (Ku=50).
Вариант 3
1.Оцените (в МэВ) минимальную энергию электрона, локализованного в области с размерами 10 ферми.
2.Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при температуре на 150 К ниже комнатной, если длина волны излучения п/п лазера 0,9 мкм.
3.Определите ширину запрещенной зоны собственного полупроводника, если при уменьшении температуры в 1,15 раза, его удельное сопротивление увеличилось в шесть раз. Начальная температура образца Т = 300 К.
4.Определите высоту потенциального барьера на p-n+ переходе на базе ар-
сенида галия при комнатной температуре, если донорная примесь превышает акцепторную в 1,2 раза, а концентрация донорной примеси 108 см-3. Концентрация собственных носителей в арсениде галлия 1,8∙106.
5.Определите сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общим коллектором, если коэффициент усиления по току равен 36, а входное сопротивление составляет 10 Ом (Ku=55).
Вариант 4
1.Оцените минимальный размер области локализации электрона, энергия которого не превышает 10эВ.
2.Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при температуре на 50 К выше комнатной, если длина волны излучения п/п лазера 0,85 мкм.
3.Определите ширину запрещенной зоны собственного полупроводника, если при уменьшении температуры в 1,15 раза, его удельное сопротивление увеличилось в шесть раз. Начальная температура образца Т = 300 К.
20
4. Определите высоту потенциального барьера на p-n+ переходе на базе арсенида галлия при комнатной температуре, если донорная примесь превышает акцепторную в 1,2 раза, а концентрация донорной примеси 108 см-3. Концентрация собственных носителей в арсениде галлия 1,8∙106.
5.Определить сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общим коллектором, если коэффициент усиления по току равен 36, а входное сопротивление составляет 10 Ом (Ku=55).
Вариант 5
1.Оцените (в эВ) минимальную энергию электрона, локализованного в области с размерами 1 Å.
2.Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при комнатной температуре, если длина волны излучения п/п лазера
700нм.
3.Определите ширину запрещенной зоны собственного полупроводника, если при уменьшении температуры в 1,15 раза, его удельное сопротивление увеличилось в шесть раз. Начальная температура образца Т = 300 К.
4.Определите высоту потенциального барьера на p+-n переходе на герма-
ниевой базе при комнатной температуре, если акцепторная примесь превышает донорную в 1,5 раза, а концентрация донорной примеси 1015 см-3. Концентрация собственных носителей в германии 2,4∙1013.
5.Определите сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общей базой, если коэффициент усиления по току равен 0,95, а входное сопротивление составляет 1 Ом (Ku=30).
Вариант 6
1.Оцените (в МэВ) минимальную энергию электрона, локализованного в области с размерами 10 ферми.
2.Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при температуре на 50 К выше комнатной, если длина волны излучения п/п лазера 0,85 мкм.
3.Определите ширину запрещенной зоны собственного полупроводника, если при увеличении температуры в 1,05 раза, его удельное сопротивление уменьшилось в четыре раза. Начальная температура образца Т = 300 К.
4.Определите высоту потенциального барьера на p+-n переходе на герма-
ниевой базе при комнатной температуре, если акцепторная примесь превышает донорную в 1,5 раза, а концентрация донорной примеси 1015 см-3. Концентрация собственных носителей в германии 2,4∙1013.
5.Определите сопротивление нагрузки для транзистора в схеме с общей базой, если коэффициент усиления по току равен 0,95, а входное сопротивление составляет 1 Ом (Ku=30).
Вариант 7
1.Оцените минимальный размер области локализации электрона, энергия которого не превышает 10 эВ.