МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Одобрено методическим Утверждаю
Советом ИРИЭТ директор института
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Методические указания для студентов заочного факультета специальности 2000012 “Радио, телевидение , связь”.
Разработал доц. каф.РТС
_________
2002г.
Курс “Физические основы электроники” изучается в 6 семестре студентами заочного факультета специальности “Радио, телевидение и связь” и предполагает знакомство студентов с основными физическими законами и явлениями, на основе которых работают элементы современных электронных устройств. Особое внимание уделяется процессам, происходящим в полупроводниковых материалах, поскольку именно они используются в подавляющем большинстве современных электронных приборов, интегральных микросхемах, датчиках и других элементах электронной техники. Кроме того рассматриваются физические процессы в вакууме и газах, которые тоже применяются в широком классе электронных приборов и устройств. Студентам предстоит изучить теоретические основы работы элементов электронной техники и выполнить контрольную работу. Для улучшения освоения материала он разбит на тематические разделы, которые заканчиваются вопросами для самопроверки.
После изучения материала студент должен выполнить контрольную работу, номер варианта которой определяется последней цифрой номера зачётной книжки студента.
1. Структура кристаллов, кристаллическая решётка. Взаимодействие атомов и молекул в твёрдом теле. Силы отталкивания и притяжения. Образование упорядоченной структуры. Кристаллическая решётка. Трансляционные решётки Бравэ. Параметры и типы симметрий решёток Бравэ. Простые и сложные решётки. Решётки с базисом. Индексы узлов, направлений и плоскостей в кристалле, индексы Миллера. Период идентичности и межплоскостные расстояния.
Классификация кристаллов по типам связи – ионные кристаллы (гетерополярная связь), атомные кристаллы (ковалентная связь), металлические кристаллы и молекулярные кристаллы (дисперсионное, ориентационное и индукционное взаимодействие).
Дефекты в кристаллах – точечные дефекты по Френкелю, по Шоттки, примеси и центры окраски; линейные дефекты (краевые и винтовые дислокации) контуры и векторы Бюргерса, поверхностные дефекты, дефекты упаковки,объёмные дефекты.
Вопросы для самоконтроля.
- Как изменяются силы взаимодействия между атомами при их сближении?
- Почему твёрдые тела имеют кристаллическую структуру?
- Почему решётки Бравэ называются “трансляционными”?
- Чем различаются простые и сложные решётки?
- Сколько узлов содержит элементарная ячейка примитивной, базоцентрированной, объёмноцентрированной и гранецентрированной решёток Бравэ?
- Запишите индексы всех узлов, направлений и плоскостей для примитивной и объёмноцентрированной элементарной ячейки, для трёх рядом расположенных примитивных ячеек.
- Какими свойствами обладают твёрдые тела, образованные ионными кристаллами?
- Из какого типа кристаллов состоят полупроводниковые материалы?
- Каков механизм возникновения дислокаций и вакансий в кристаллах?
- Как взаимодействуют между собой разноимённые краевые и винтовые дислокации?
2. Основы зонной теории твёрдых тел. Энергетические уровни электрона в изолированном атоме. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния микрочастиц. Обобществление электронов в кристалле. Образование энергетических зон. Волновая функция электрона в кристалле. Зоны Бриллюэна. Дисперсионные кривые. Движение электрона в кристалле. Эффективная масса электрона. Деление веществ на металлы, диэлектрики и полупроводники. Собственные полупроводники. Понятие о дырках. Локальные уровни в запрещённой зоне – донорные и акцепторные уровни. Зонные диаграммы. Генерация и рекомбинация носителей зарядов. Равновесные концентрации носителей заряда. Примесные полупроводники.
Вопросы для самоконтроля.
- Каков физический смысл волновой функции?
- Какие уровни стремятся занять электроны валентной зоны?
- Каковы условия необходимы для образования энергетических зон?
- Как движется электрон в кристалле под воздействием внешнего поля?
- Что такое отрицательная эффективная масса электрона?
- В чём принципиальная разница между металлами, диэлектриками и полупроводниками, каково условие проводимости твёрдых тел?
- Чему равен и какого знака заряд дырки?
- Чем отличаются донорные и акцепторные полупроводники?
3. Статистика электронов в полупроводниках. Функция распределения в статистике Ферми-Дирака. Функция плотности состояний. Концентрация электронов и дырок в полупроводнике и её зависимость от энергии Ферми. Положение уровня Ферми и концентрация свободных носителей заряда в собственных полупроводниках. Статистика электронов в примесных полупроводниках (области низких температур, истощения примеси и собственной проводимости). Закон действующих масс. Сильно легированные и компенсированные полупроводники.
Вопросы для самоконтроля.
- Почему явления в твёрдых телах носят вероятностный характер и в тоже время параметры этих тел могут быть строго определены?
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.