Определение энергии активации примеси в полупроводниках.

Изучение явления испускания света полупроводниками

Изучение фотопроводимости в полупроводниках

Изучение выпрямляющих свойств полупроводниковых диодов

Теоретический минимум

· Зонная теория твердых тел. Образование и характеристики энергетических зон в кристаллах. Заполнение энергетических зон электронами. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

· Механизм собственный и примесной проводимости полупроводников. Энергетические диаграммы собственных и примесных полупроводников.

· Полупроводники р- и n- типов. Энергетические диаграммы полупроводников p и n типа. Механизм электропроводности полупроводников.

· Зависимость концентрации собственных и примесных носителей полупроводников от температуры.

· Подвижность носителей в полупроводниках. Зависимость подвижности носителей от температуры.

· Температурная зависимость проводимости собственных и примесных полупроводников. Энергия активации собственной и примесной проводимости и её определение по графику ln от 1/T.

· Образование p-n перехода. Зонная диаграмма p-n перехода в состоянии равновесия и в режимах прямого и обратного напряжения.

· Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Коэффициент выпрямления. Применение полупроводниковых диодов

· Фотопроводимость полупроводников. Красная граница собственной и примесной фотопроводимости.

· Светодиод. Излучение светодиодов. Применение светодиодов.

Контрольные задания

Вариант 1

Группы Периоды	III	IV	V	VI	VII
	B	C	N	O
	Al	Si	P	S	Cl
	Ga	Ge	As	Se	Br
	Yn	Sn	Sb	Te	Y

1. На рисунке показан участок периодической системы Менделеева

При введении какой примеси в чистый кремний он становится полупроводником n – типа?

2. Какой цифрой обозначены носители, которые являются основными для полупроводника р – типа?

3. Если число образующих кристалл атомов увеличить в 3 раза, то число подуровней, из которых состоит 2р - зона

1) не изменится 2) увеличится в 3 раза

3) увеличится в 6 раз 4) увеличится на 3 уровня

4. Какая кривая описывает температурную зависимость уровня Ферми в собственном полупроводнике?

5. На графике показана зависимость логарифма концентрации носителей заряда в собственных полупроводниках от обратной температуры. Какому образцу соответствует наибольшая энергия активации E_g?

6. На рисунке представлена зависимость логарифма концентраций распределения электронов в зоне проводимости от обратной температуры. На участке bc концентрация носителей изменяется по закону

1) n=p~e ^{–Eg / 2kT} 2) n~e ^{–Eд / 2kT}

3) p~e ^{–EА / 2kT} 4) n» N_д

7. Красная граница фотопроводимости в собственном полупроводнике описывается формулой

1) λ = hc / Е _Д 2) λ = hc / Е _g 3) λ = hc / Е _а 4) λ = hc / eU

8. Обратный ток в р-n переходе обусловлен

1) только электронами

2) только дырками

3) основными носителями тока

4) неосновными носителями тока

Вариант 2

Группы Периоды	III	IV	V	VI	VII
	B	C	N	O
	Al	Si	P	S	Cl
	Ga	Ge	As	Se	Br
	Yn	Sn	Sb	Te	Y

1. На рисунке показан участок периодической системы Менделеева

При введении какой примеси в чистый кремний он становится полупроводником р – типа?

2. Какой цифрой обозначены носители, которые являются основными для полупроводника n – типа?

3. Если число образующих кристалл атомов увеличить в 3 раза, то число электронов, которое может вместить 2р - зона

1) не изменится 2) увеличится в 3 раза

3) увеличится в 6 раз 4) увеличится на 3 N,

где N – первоначальное число атомов

4. Какая кривая описывает температурную зависимость уровня Ферми в полупроводнике р-типа?

5. На графике показана зависимость логарифма концентрации носителей заряда в собственных полупроводниках от обратной температуры. Какому образцу соответствует наименьшая энергия активации E_g?

6. На рисунке приведена зависимость логарифма электропроводности примесного полупроводника n-типа от обратной температуры. В области низких температур электропроводность описывается формулой

1) s ~ exp(-E_g/2kT) 2) s ~ exp(-E_Д/2kT)

3) s ~ exp(-E_А/2kT) 4) s ~ T^-3/2

7. Красная граница фотопроводимости в полупроводнике n-типа описывается формулой

1) λ = hc / Е _Д2) λ = hc / Е _g 3) λ = hc / Е _а 4) λ = hc / eU

8. Какая зонная диаграмма соответствует включению р-n перехода в прямом направлении

Вариант 3

1.На рисунке показан участок периодической системы Менделеева

Группы Периоды	III	IV	V	VI	VII
	B	C	N	O
	Al	Si	P	S	Cl
	Ga	Ge	As	Se	Br
	Yn	Sn	Sb	Te	Y

При введении какой примеси в чистый германий он становится полупроводником n – типа?

2. Какой цифрой обозначены носители, которые являются основными для полупроводника р – типа?

3. Максимальное число электронов, которое может вместить энергетическая зона 4f кристалла, содержащего N атомов, равно

1) 6N 2) 10N 3) 14N4) 18N

4. Какая кривая описывает температурную зависимость уровня Ферми в полупроводнике n-типа?

5. На рисунке приведена зависимость логарифма проводимости примесных полупроводников от обратной температуры. Какому образцу соответствует наибольшая энергия активации примеси?

6. На рисунке приведена зависимость логарифма электропроводности примесного полупроводника n-типа от обратной температуры. В области высоких температур электропроводность описывается формулой

1) s ~ exp(-E_g/2kT) 2) s ~ exp(-E_Д/2kT)

3) s ~ exp(-E_А/2kT) 4) s ~ T^-3/2

7. Красная граница фотопроводимости в полупроводнике p-типа описывается формулой

1) λ = hc / Е _Д 2) λ = hc / Е _g 3) λ = hc / Е _а 4) λ = hc / eU

8. Какая зонная диаграмма соответствует включению р-n перехода в обратном направлении

Вариант 4

1.На рисунке показан участок периодической системы Менделеева

Группы Периоды	III	IV	V	VI	VII
	B	C	N	O
	Al	Si	P	S	Cl
	Ga	Ge	As	Se	Br
	Yn	Sn	Sb	Te	Y

При введении какой примеси в чистый германий он становится полупроводником р – типа?

2. Какой цифрой обозначены носители, которые являются неосновными для полупроводника n – типа?

3. Максимальное число электронов может вместить энергетическая зона

1) 2p 2) 3d 3) 4f 4) 5s

4. Какая точка на кривой температурной зависимости уровня Ферми в полупроводнике n-типа соответствует температуре истощения примесей?

5. На рисунке представлена зависимость логарифма концентраций распределения электронов в зоне проводимости от обратной температуры. На участке ab концентрация носителей изменяется по закону

1) n=p~e ^{–Eg / 2kT} 2) n~e ^{–Eд / 2kT}3) p~e ^{–EА / 2kT} 4) n» N_д

6. Какой график соответствует температурной зависимости сопротивления полупроводника?

7.. Интегральная чувствительность фотосопротивления определяется по формуле

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

Здесь J_ф – сила фототока, J_св – сила светового тока, J_т – сила темнового тока, U – приложенное напряжение.

8. Какая зонная диаграмма соответствует равновесному состоянию р-n перехода

Вариант 5

1. Энергией активации собственной проводимости называется

1) энергия, которую необходимо сообщить электрону для перевода его с донорного уровня в зону проводимости;

2) энергия, которую необходимо сообщить электрону для перевода его из валентной зоны в зону проводимости;

3) энергия, которую необходимо сообщить электрону для перевода его из валентной зоны на акцепторный уровень;

4) энергия, которая выделяется при рекомбинации электрона с дыркой.

2. Какой цифрой обозначены носители, которые являются неосновными для полупроводника n – типа?

3. Если кристалл состоит из N атомов, то разность между числом подуровней, из которых состоит зона 3d и 4s, равна

1) N 2) 2N 3) 4N 4) 7N

4. Какая точка на кривой температурной зависимости уровня Ферми в полупроводнике р-типа соответствует температуре истощения примесей?

5. На рисунке представлена зависимость логарифма концентраций распределения электронов в зоне проводимости от обратной температуры. На участке cd концентрация носителей изменяется по закону

1) n=p~e ^{–Eg / 2kT} 2) n~e ^{–Eд / 2kT} 3) p~e ^{–EА / 2kT} 4) n» N_д

6. Примесная фотопроводимость полупроводников наблюдается

1) при любой температуре

2) при температуре ниже температуры истощения примесей Т_S

3) выше температуры Т_i

4) выше температуры Т_S , но ниже температуры Т_i перехода к собственной проводимости

7. Результаты какой кривой используются для расчета темного сопротивления ФС?

8. Какая из представленных формул

1) i = i _нас(e^{eU / kT} – 1) 2) i = i _нас(e ^{- eU / kT} – 1)

3) i = i _нас(e^{± eU / kT} – 1) 4) i _нас= i _ns+ i _ps

описывает диффузионный ток в р-n переходе?

Лабораторные работы