Расчет средней тепловой энергии электрона в электронвольтах. Вычисление средней тепловой скорости свободного электрона. Вычисление коэффициента диффузии по подвижности (Подготовительные задачи)

Подготовительные задачи

1.  Постоянная Больцмана  ,  т.е. 86.2 микроэлектронвольт на градус Кельвина. Чему будет равна средняя тепловая энергия электрона в электронвольтах при температурах  20 С ,- 40 С и  + 70 С?.

2.  Вычислить среднюю тепловую энергию электрона в электронвольтах при температуре жидкого азота и при температуре кипения воды.

3.  Вычислить среднюю тепловую скорость свободного электрона с массой  при комнатной температуре.

4.  Вычислить среднюю тепловую скорость электрона с  эффективной массой  для кремния и  для арсенида галлия.

5.  Концентрация ионов примеси , тепловая скорость .  Чему будет равно среднее расстояние между ионами примеси и среднее время между столкновениями электронов с ионами?

6.  Считая, что средняя длина свободного пробега равна расстоянию между ионами, определить, какую дрейфовую скорость успеет набрать электрон в кремнии между столкноваениями в поле   при концентрации ионов  и тепловой скорости.

7.  Рассчитать подвижность электронов в кремнии и скорость электронов в поле при среднем времени между столкновениями .

8.  Напряжение 1В приложено к области полупроводника длиной 10 мкм. Чему будет равно время пролета этого расстоянеия, если подвижность ? Как изменится время пролета для внешнего напряжения 10В?

9.  Перепад концентраций электронов в кремнии составляет  на расстоянии 1мкм. Чему будет равен диффузионный ток в амперах через сечение ? Коэффициент диффузии  вычислить по подвижности, заданной в предыдущей задаче.

Физические константы

Масса свободного электрона

1Дж=эрг, эрг =

1 эВ=

Размерности в ответах  должны, по возможности, повторять размерности исходных данных:

Скорость

Энергия 

Подвижность

10.

На рис.1   ( 1 К =1 килоом = ,1 pF =, пикофарада ) За какое время  после замыкания ключа К напряжение на емкости С достигнет значения 0.1 В и 0.9 В ?

Рис.1. Заряд RC цепочки

11.

В схеме рис.2 . Определите параметры RC цепочки: сопротивление R и емкость C , если известно, что в первый момент после замыкания ключа К ток в цепи составляет 1 мА, а через 0.1 мкс напряжение на сопротивлении Rн падает до 10 мВ, 1мВ =.

Рис.2. Заряд RC цепочки с сопротивлением нагрузки

12.

На рис.3             ( КилоОм 1К =) Чему будет равен коэффициент передачи RC цепочки  на частотах  и , (1МГц = Гц) ?

Рис.3. Передача ВЧ напряжения через емкость

13.

На рис.4  . Через какое время после подачи скачка напряжения U1=100 мВ  (Милливольт 1мВ = ) напряжение на емкости достигнет значения  90 мВ.? 

Рис.4. Передача импульса напряжения через RC цепочку

14.

На рис. 5 емкость С1=0.01 пкФ в исходном состоянии заряжена до 1 В,

С2 =0.1 пкФ. Чему будет равно напряжение на емкостях покле замыкания ключа К и перераспределения заряда ?

Рис.5 Перераспределение заряда и напряжения между емкостями.

15.

В схеме рис.6 ток короткого замыкания (КЗ) при RН =0 равен1 мА. Напряжение, близкое к напряжению холостого хода (ХХ), при  RН =10 МОм () равно 1 В. Рассчитать мощность, отдаваемую в нагрузку, при RН =1 К(1К=Ом) и RН =10 К . 

Рис. 6. Передача мощности от источника в нагрузку.