Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ



МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО курсової роботи З ДИСЦИПЛІНИ

"матеріалознавство РАДІОапаратів"

для студентів напряму 6.050902 – „Радіоелектронні апарати”

денної форми навчання



Одеса ОНПУ 2009

Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ



МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО курсової роботи З ДИСЦИПЛІНИ

"матеріалознавство РАДІОапаратів"

для студентів напряму 6.050902 – „Радіоелектронні апарати”

денної форми навчання



Затверджено на засіданні

кафедри інформаційних технологій

проектування в електроніці

та телекомунікаціях,

протокол № 13 від 28.01.2009



Одеса ОНПУ 2009

Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни “Матеріалознавство радіоапаратів” для студентів напряму 6.050902 – „Радіоелектронні апарати” денної форми навчання / Укл.: О.В.Андріянов, В.А.Мокрицький. Одеса: ОНПУ, 2009. - 27 с.



Укладачі: О.В. Андріянов, канд. фіз.-мат. наук, доцент

В.А.Мокрицький, доктор техн. наук, професор



Зміст

стор



1 Загалні методичні вказівки

1.1 Теоретичні відомості

Курсову роботу студенти виконують для закріплення отриманих теоретичних знань і придбання практичних навичок у галузі матеріалознавства радіоапаратів.

1.2 Завдання на проектування

Провести необхідні розрахунки параметрів діелектричних, напівпровідникових, провідникових та магнітних матеріалів.

1.3 Зміст курсової роботи

Курсову роботу необхідно виконувати в складі розрахунково-пояснювальної записки (РПЗ) обсягом 25-30 сторінок рукописного тексту формату А4 і графічного матеріалу обсягом один аркуш формату А3.

Пояснювальна записка, як правило, повинна містити такі розділи:

титульний аркуш (приклад оформлення дивись у додатку);

завдання з курсової роботи, підписане викладачем;

зміст (приклад оформлення дивись у доватку);

вступ;

аналіз діелектричних властивостей матеріалу за індивідуальним завданням;

діелектричні та електричні характеристики діелектриків в задачах матеріалознавства;

визначення параметрів деяких напівпровідників;

розрахунки біметалічного

висновки;

список використаної літератури.

У додатку розміщують графічні побудови, які необхідні за змістом завдань, які виконуються.

1.4 Оформлення курсової роботи

Розрахунково-пояснювальну записку варто виконувати відповідно до ДСТ 2.105-79. Її друкують або пишуть від руки темно-синім або чорним чорнилом (або кульковою ручкою) на одній стороні аркуша білого паперу формату А4 із вмістом основного напису і додаткових граф за формою 2 ДСТ 2.104-68 для заголовного аркуша і за формою 2а для наступних аркушів.

Розрахунково-пояснювальна записка повинна складатися з розрахунків із необхідними обґрунтуваннями і поясненнями прийнятих рішень, бути стислою і відбивати сутність аналізованих питань.

Формули варто нумерувати арабськими цифрами, розташовуючи їх у круглих дужках із правої сторони аркуша на рівні формули. При розрахунках варто спочатку наводити формули, потім - числові значення всіх розмірів, що входять у формулу, і далі вказувати кінцевий результат. У якості символів і найменувань у формулах варто застосовувати встановлені стандартні позначення. Розшифровування формули варто наводити безпосередньо після її написання. Перший рядок розшифровування символів і числових коефіцієнтів, що входять у формулу, повинні починатися зі слова "де" без двокрапки після нього. Значення кожного символу потрібно давати з нового рядка в тій послідовності, у якій вони приведені у формулі.

При використанні ЕОМ потрібно наводити вихідні дані, розрахункові формули і результаті розрахунку. У РПЗ варто проаналізувати обов'язково декілька варіантів машинного розрахунку, а в додатку представити надруковані результати рахунку.

Текст РПЗ необхідно ілюструвати схемами, кресленнями, графіками, таблицями, фотографіями тощо. Ілюстрації потрібно розташовувати на окремих аркушах найближче до відповідного тексту і нумерувати арабськими цифрами. Ілюстрації повинні мати тематичну назву, що наводять під рисунком. Всі написи в таблицях і текст під рисунками варто оформляти стандартним шрифтом.

Посилання на літературні джерела потрібно наводити в міру їхнього нагадування в тексті, вказуючи в прямих дужках порядковий номер джерела за списком, розміщеному наприкінці РПЗ. У необхідних випадках (при посиланні на числові значення для розрахунків) варто вказувати в дужках номер таблиці, графіка або сторінки (наприклад, [10, с. 115]).

У списку літератури відповідно до ДСТ 7.1-76 указують: 1) для журнальних статей - прізвище й ініціали автора(-ів), точну назву статті, найменування журналу, рік, том, номер сторінки, де опублікована стаття; 2) для книг - прізвище й ініціали авторів, точну назву книги, місто і видавництво, рік випуску, кількість сторінок.

Всі додатки до РПЗ потрібно нумерувати і перераховувати в змісті. Кожний додаток варто починати з нового аркуша. У правому верхньому куту поміщають слово "Додаток" із порядковим номером, а тематичний заголовок наводять нижче.

1.5 Порядок виконання курсової роботи

Курсова робота являє собою самостійну роботу студента, що він робить у відведений для самостійних занять час. Керівник роботи доводить до студентів терміни виконання курсової роботи, що знаходяться в суворій відповідності з графіком навчального процесу. Терміни виконання роботи керівник контролює на консультаціях з курсового проектування. Студент зобов'язаний здавати керівнику результати своєї роботи не менше одного разу в два тижні.

1.6 Захист курсової роботи

Захист - форма перевірки якості виконання курсової роботи - містить у собі коротку (5-8 хвилин) доповідь студента з основних результатів курсової роботи перед комісією, що складається з двох викладачів, і відповіді на питання викладачів. Студент повинен дати пояснення по суті роботи, проявити достатній рівень теоретичної підготовки й вміння застосувати його для розв'язання конкретної задачі.

Результати захисту оцінюють оцінкою за стобальною системою. Студент, що не виконав і не здав курсову роботу у встановлений термін або не захистив її, має академічну заборгованість.

2 Короткі теоретичні відомості

2.1 Діелектричні матеріали



Полярізованість Р більшості діелектриків пропорційна напруженості електричного поля Е:



Р=(о(( - 1)Е,



де (о= 8,85(10-12 Ф/м – електрична стала;

( - відносна діелектрична проникність.



Залежність діелектричної проникності газу ( від тиску р підкоряється співвідношенню:



d(/dp = (( - 1)/p.



Відносна діелектрична проникність діелектричної композиції на основі двох діелектриків визначається формулою Ліхтенеккера



ln( =(1 ln(1 + (2 ln(2,



де (1 та (2 – об’ємні концентрації компонентів;

(, (1 та (2 – відносні діелектричні проникності діелектричної композиції та компонентів 1 і 2 відповідно.



Температурний коефіцієнт (( відносної діелектричної проникності (:





Стала часу конденсатора

(о= RізС,

де Rіз – опір ізоляції, або опір діелектрика

С – ємність конденсатора.

Значення (о визначається співвідношенням:



де U – напруга на електродах конденсатора після часу ( з моменту відключення його від джерела напруги;

Uо – напруга, до якої був зарядженій конденсатор ( при ( = 0 ).



Тангенс кута діелектричних втрат при паралельної схемі заміщення діелектрика



де w – циклічна частота, с-1;

Ср – ємність діелектрика при паралельної схемі заміщення, Ф;

R – опір діелектрика, Ом.



Потужність розсіювання Ра, Вт при напрузі U, В



Ра=U2wCptg(.



Тангенс кута діелектричних втрат при послідовної схемі заміщення діелектрика



де Сs – ємність діелектрика при послідовної схемі заміщення, Ом;

r – опір діелектрика, Ом.

Потужність розсіювання при напрузі U



Напруга теплового пробою може бути визначена шляхом порівняння потужності, яка розсіюється у діелектрику з потужністю, яка розсіюється в навколишньому середовищі. Спрощений вираз щодо пробивної напругі Uпр, В має від:



де К=1,15(105 – чисельній коефіцієнт;

( - коефіцієнт теплопередачі діелектрик – метал електродів, Вт/(м2(К);

h – товщина діелектрика, м;

f – частота, Гц;

( - відносна діелектрична проникність;

( - температурний коефіцієнт тангенса кута діелектричних втрат, К-1;

tg (o – тангенс кута діелектричних втрат при температурі навколишнього середовища.



Напруга теплового пробою за теорією Фока визначається з наступного виразу:



де (Т – питома теплопровідність діелектрика, Вт/(м(К);

((с) – функція, значення якої для плоских зразків знаходять з графіка.



Значення с обчислюється за формулою:



де (т1 – питома теплопровідність матеріалу електродів, Вт/(м(К);

( - коефіцієнт теплопередачі діелектрик – метал електродів, Вт/(м2(К);

l – товщина електрода, м.



2.2 Напівпровідникові матеріали

Положення Рівня Фермі у власному напівпровіднику визначається виразом:



Equation.3 HYPER14HYPER15



де Еі – рівень енергії, який відповідає середині забороненої зони, Дж;

- ефективні густини станів щодо дірок валентної зони та електронів зони провідності відповідно;

mc, mv – ефективні маси електронів та дірок відповідно, кг;

h = 6,62(10-34 Дж/c – стала Планка;

k =1,38(10-23 Дж/K – стала Больцмана;

T – абсолютна температура, К.

Власна концентрація носіїв заряду:



де (Е – ширина забороненої зони напівпровідника, Дж;

Nc, Nv - ефективні густини станів щодо електронів зони провідності та дірок валентної зони відповідно, м-3.



Період кристалічної ґратки речовин кубічної сингонії можна обчислити за формулою:



де NA = 6,02(1023 моль-1 - число Авогадро;

М – молярна маса, кг/моль,

d – густина речовини, кг/м3.



Положення Рівня Фермі у домішковому напівпровіднику відносно дна зони провідності визначається виразом:



де n – концентрація електронів в домішковому напівпровіднику, м-3;

Nc – ефективна густина станів щодо електронів зони провідності, м-3.



Закон Ома у диференційної формі має вигляд:

J=(E = e(n(n+p(p)E,

де J –щільність струму, А;

е=1,6(10-19 Кл – заряд електрону;

( - питома електропровідність, Ом-1(м-1;

n - концентрація електронів, м-3;

p - концентрація дірок, м-3;

(n - рухомість електронів, м2/(В(с);

(p – рухомість дірок, м2/(В(с);

Е - напруженість електричного поля, В/м.

Згідно закону „діючих мас” власна концентрація носіїв заряду у напівпровіднику



ni2 = n(p,



де n - концентрація електронів, м-3;

p - концентрація дірок, м-3.

2.3 Провідникові матеріали

Енергія Фермі в металі визначається



де h = 6,62(10-34 Дж/c – стала Планка;

NA = 6,02(1023 моль-1 - число Авогадро;

d – густина речовини, кг/м3;

А – молярна маса речовини, кг/моль.

m = 9,1(10-31 кг - маса вільного електрона, кг.

2.4 Магнітні матеріали

Основна крива намагнічування - залежність індукції магнітного поля в речовині від напруженості зовнішнього магнітного поля. З основної кривої намагнічування, можна побудувати залежність статичної та динамічної магнітної проникності від напруженості магнітного поля:







де (0=4 10-7 Гн/м – магнітна постійна.

Для побудови залежності (д=f(H) необхідно провести графічне диференціювання основній кривої намагнічування для 5-6 точок.

3 Варіанти індивідуальних завдань до курсовоЇ роботи

Завдання 1. Аналіз діелектричних властивостей та галузі застосування М

Дайте розгорнуту відповідь на наступне питання. Номер питання відповідає номеру Вашого варіанту роботи. (Примітка. Замість М у змісті пояснювальної записки та у відповдної назві структурного розділу необхідно вказати матеріал або групу матеріалів за вашим варіантом.)

Наведіть приклади основних газоподібних діелектриків. Опишіть їхні властивості і галузі застосування.

Опишіть процес отримання, властивості і застосування трансформаторного масла. Які процеси протікають в маслі при роботі трансформатора? До чого це призводить?

Наведіть приклади основних синтетичних рідких діелектриків. Опишіть їх властивості і застосування.

Які речовини називаються полімерами? В чому полягає відмінність між лінійними і просторовими полімерами? Термореактивними і термопластичними? Наведіть приклади полімерів, опишіть їхні властивості.

Наведіть приклади, опишіть властивості і застосування основних термопластичних неполярних синтетичних смол.

Наведіть приклади, опишіть властивості основних термопластичних полярних синтетичних смол.

Наведіть приклади, опишіть властивості і застосування основних термореактивних синтетичних смол.

Опишіть застосування і властивості основних природних смол.

Що таке віскоподібні діелектрики? Наведіть приклади, опишіть основні властивості і галузі застосування.

Опишіть рослинні масла. Наведіть приклади, опишіть основні властивості і галузі застосування.

Опишіть властивості бітумів. Наведіть приклади. В яких галузях електроізоляційної техніки вони використовуються?

Опишіть властивості компаундів. Наведіть приклади. В яких галузях електроізоляційної техніки вони використовуються?

Опишіть властивості клеїв. Наведіть приклади. В яких галузях техніки вони використовуються?

Для чого застосовуються електроізоляційні лаки? Наведіть приклади, опишіть основні властивості.

Опишіть найважливіші види гнучких плівок, їхні властивості. В яких галузях техніки вони використовуються?

В чому переваги і недоліки волокнуватих електроізоляційних матеріалів. Наведіть приклади і опишіть їх основні властивості.

Опишіть основні види електротехнічних паперів і картонів. Охарактеризуйте їх властивості і вкажіть галузі застосування.

Наведіть характеристики найважливіших видів лакотканин. Вкажіть галузі їхнього застосування.

Дайте пояснення поняттю пластмаси. Наведіть опис технології виготовлення пластичних мас. Вкажіть галузі їхнього застосування.

Дайте характеристику основних видів шарових пластмас. Опишіть їх властивості і вкажіть галузі застосування.

Опишіть основні види електротехнічних еластомерів. Де вони застосовуються?

Наведіть класифікацію електроізоляційних стекол за хімічним складом і призначенням. Дайте характеристику і наведіть приклади кожної групи матеріалів.

Охарактеризуйте фізико-механічні, електричні та технологічні властивості кварцового скла. Вкажіть галузі застосування.

Опишіть властивості, технологію виготовлення та галузі застосування гетинаксу та текстоліту.

Що таке склоемалі? Опишіть властивості і вкажіть галузі застосування.

Що таке скловолокно? Опишіть властивості і вкажіть галузі застосування.

Охарактеризуйте ситали. Вкажіть галузі застосування.

Які матеріали називаються керамічними? Вкажіть найважливіші типи керамічних матеріалів і галузі їхнього застосування.

Опишіть властивості і процес отримання порцеляни. З якою метою проводиться глазурування порцеляни?

Вкажіть особливості і галузі застосування слюд: мусковіту і флогопіту. В чому їхня відмінність?

Вкажіть основні групи матеріалів на основі слюд. Опишіть засоби їхнього виготовлення. Де вони застосовуються?

Дайте характеристику електроізоляційних матеріалів на основі азбесту і вкажіть галузі їхнього застосування.

Яка ізоляція називається оксидною? Як вона отримується? Де знаходить застосування цей вигляд ізоляції?

Опишіть властивості, технологію виготовлення і галузі застосування синтетичних слюд.

Опишіть властивості і галузі застосування п’езокварцу.

Опишіть властивості монокристалів, які використовуються у твердотільних лазерах.

Що таке піроефект? Які піроелектрики ви знаєте? Опишіть їхні властивості і вкажіть галузі застосування.

Що таке сегнетоелектрики? Наведіть приклади матеріалів, опишіть їх основні властивості і вкажіть галузі застосування.

Що таке рідкі кристали? Де вони застосовуються? Опишіть основні ефекти, на яких ґрунтується застосування рідких кристалів в індикаторній техніці.

Вкажіть галузі застосування люмінофорів. Наведіть приклади матеріалів і опишіть їхні основні властивості.

Завдання 2. Діелектрична проникність складних діелектриків

Діелектрик плоского конденсатора являє собою поєднання двох матеріалів: N1 і N2. Побудуйте графік залежності діелектричної проникності суміші від відносного об’ємного вмісту означених матеріалів (від 0 до 1), якщо вони: а) включені послідовно; б) включені паралельно. в) розподілені хаотично.

Дані для розрахунків взяти з таблиць 1 та 2. (N1, N2 – номера матеріалів в таблиці 1).

Примітка. На початку рішення задачі наведіть стислу характеристику матеріалів N1 i N2.



Таблиця 1 – Електричні параметрі діелектричних матеріалів



№

Матеріал

(

(f=1 кГц)

tg(

(f=1 кГц)

(v, Oм(м

(s, Ом/(

Eпр, МВ/м



1

Поліетилен

2,3

3,5(10-4

1015

1014

90



2

Полістирол

2,5

3(10-4

1016

1015

65



3

Фторопласт-3

3,0

0,015

1015

1016

15



4

Фторопласт-4

2,1

2,5(10-4

1016

1017

140



5

Полівінілхлорид

4,0

0,03

1013

1014

35



6

Вініпласт

3,9

0,02

1013

1013

20



7

Поліметілметакрилат (органічне скло)

3,1

0,025

1012

1012

30



8

Поліетілентерефталат (лавсан)

3,2

0,02

1014

1015

75



9

Поліамідні смоли

5,0

0,05

1011

1011

25



10

Капрон

5,5

0,06

1011

1010

20



11

Ебоніт

3,6

0,05

1014

1014

20



12

Ескапон

3,0

5(10-4

1015

1016

20



13

Фенолформальдегідні смоли (бакеліт)

4,5

0,01

1011

1011

12



14

Церезин

2,2

2(10-4

1014

1014

15



15

Полікарбонат

3,0

0,02

1015

1015

80



16

Епоксидні компаунди

4,5

0,04

1013

1013

35



17

Епоксидні лаки

4,2

0,015

1011

1013

90



18

Папір

7,0

0,005

1011

1013

40



19

Гетинакс

6,0

0,06

1010

1010

33



20

Текстоліт

8,0

0,07

108

109

6



21

Склотекстоліт

7,0

0,02

1011

1010

18



22

Слюда-мусковіт

7,0

3(10-4

1013

1012

70



23

Слюда-флогопіт

6,5

1,5(10-3

1012

1012

40



24

Мікалекс

7,0

0,07

1012

1012

15



25

Безлужне скло

6,0

2(10-4

1016

1016

40



26

Ситал

7,5

10-3

1012

1012

50



27

Ізоляторний фарфор

7,0

0,02

1011

1011

25



28

Ультрафарфор

8,0

5(10-4

1015

1015

30



Таблиця 2



Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15



N1

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

15



N2

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

28

26



Варіант

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30



N1

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

1

2



N2

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

1

12

13



Варіант

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45



N1

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17



N2

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

29



Завдання 3. Визначення параметрів конденсатора

На електроди конденсатора з розмірами a x b подано напруга U. Відстань між електродами d. Визначити ємність С, опір ізоляції Rіз , струм крізь конденсатор при постійної напрузі, а також величину діелектричних втрат Pa а) при постійної напрузі, б) при змінної напрузі частотою 50 Гц; в) при змінної напрузі частотою 400 Гц.

Дані для розрахунків взяти з таблиць 1 та 3.

Примітка. На початку рішення задачі наведіть стислу характеристику матеріалу.



Таблиця 3



Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



а х b, мм2

10х20

15х25

20х30

25х35

30х40

35х45

50х50

10х10

10х15

15х15

20х20

25х25



d, мм

2

4

6

8

10

3

5

7

9

11

0,5

1



Матеріал діелектрика із таблиці 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



U, кВ

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,5

1,3

1,5

1,7

1,9

3



Варіант

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24



а х b, мм2

10х25

10х30

15х30

15х35

20х40

20х50

25х40

25х50

30х35

35х35

40х40

40х45



d, мм

10

5

2

6

4

8

3

8

13

4

5

10



Матеріал діелектрика із таблиці 1

14

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26



U, кВ

1,5

1,0

1,3

0,8

2,0

3,0

2,5

1,6

5,0

2,8

4,0

1,4



Варіант

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36



а х b, мм2

20х25

20х30

25х30

25х35

30х40

25х50

20х40

25х50

30х35

35х35

40х40

40х45



d, мм

15

5

2

6

4

8

3

8

13

4

5

10



Матеріал діелектрика із таблиці 1

13

15

5

27

28

1

8

23

17

20

21

22



U, кВ

4,5

2,0

2,3

3,8

5,0

5,0

3,5

4,6

2,0

6,8

5,0

3,4



Варіант

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48



а х b, мм2

10х15

15х30

20х35

25х40

30х35

20х50

25х45

25х60

30х25

25х35

40х40

40х45



d, мм

10

8

6

5

7

12

15

6

4

10

8

4



Матеріал діелектрика із таблиці 1

12

14

7

23

21

3

10

15

16

19

25

24



U, кВ

1,5

3,0

3,5

3,4

4,0

6,0

2,5

5,2

3,6

5,9

4,0

2,8



Завдання 4. Дослідження пробою діелектрику

Діелектрик конденсатора утворюється двома шарами матеріалу N1 товщиною d кожний, між якими є повітряний зазор товщиною d1 мм. До електродів підведена поступово зростаюча напруга. При якій напрузі відбудеться пробій конденсатора? Як зміниться пробивна напруга, якщо повітряний зазор замінити на матеріал N2 з електричною міцністю Епр? Електричну міцність повітря прийняти рівною 10кВ/см.

Дані для розрахунків взяти з таблиць 1 та 4. N1, N2 – номера матеріалів в таблиці 2.

Примітка. На початку рішення задачі наведіть стислу характеристику матеріалів N1 і N2.



Таблиця 4



Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



N1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



N2

27

26

18

23

22

20

19

18

25

16

28

3



d, мм

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1



d1, мм

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1



Варіант

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24



N1

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24



N2

16

15

14

13

12

11

10

9

28

27

26

25



d, мм

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6



d1, мм

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1



Варіант

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36



N1

25

26

27

28

1

2

3

4

5

6

7

8



N2

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

2

1



d, мм

4

5

6

7

6

5

4

2

1

3

4

5



d1, мм

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1



Варіант

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48



N1

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20



N2

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3



d, мм

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6



d1, мм

3

1

2

2

3

1

2

1

3

1

3

2



Завдання 5. Визначення параметрів напівпровідників

В цьому завданні неохідно вирішити дві задачи. Номера задач 1 та 2 вашого варіанту наведені в таблиці 5. Довідникові дані з властивостей напівпровідників наведені у таблиці 6.



Таблиця 5



Варіант



Задача

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15



1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15



2

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57



Варіант



Задача

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30



1

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30



2

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72



Варіант



Задача

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45



1

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45



2

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87



Знайти положення рівня Фермі у власному германії при 300 К, якщо відомо, що ширина його забороненої зони = 0,665 еВ, а ефективні маси густини станів для дірок валентної зони і для електронів зони провідності відповідно дорівнюють: = 0,388 , = 0,55 , де - маса вільного електрона.

Знайти положення рівня Фермі у власному кремнії при 300 К, якщо відомо, що ширина його забороненої зони = 1,12 еВ, а ефективні маси густини станів для дірок валентної зони і для електронів зони провідності відповідно дорівнюють: = 0,56 , = 1,05 , де - маса вільного електрона.

Знайти положення рівня Фермі у власному арсеніді галію при 300 К, якщо відомо, що ширина його забороненої зони tion.3 HYPER14HYPER15= 1,43 еВ, а ефективні маси густини станів для дірок валентної зони і для електронів зони провідності відповідно дорівнюють: = 0,48 , = 0,067 , де ation.3 HYPER14HYPER15- маса вільного електрона.

Зразок напівпровідника містить 0,17 моль речовини. Енергетична протяжність зони провідності для цього матеріалу складає 10,2 еВ. Визначити середній енергетичний зазор між сусідніми рівнями зони. Як зміниться цей зазор, якщо об'єм напівпровідника збільшити в два рази?

Рівень Фермі в напівпровіднику знаходиться на 0,3 еВ нижче дна зони провідності. Яка ймовірність того, що при кімнатній температурі енергетичні рівні, які розташовані на 3kT вище зони провідності, зайняти електронами? Яка ймовірність того, що на рівні, який розташованій у вершині валентної зони, є дірки, якщо ширина забороненої зони напівпровідника 1,1 еВ?

Рівень Фермі в напівпровіднику знаходиться на 0,4 еВ вище дна валентної зони. Яка ймовірність того, що при кімнатній температурі енергетичні рівні, які розташовані на 3kT нижче валентної зони, зайняти дірками? Яка ймовірність того, що на рівні, який розташованій на дні зони провідності, є електрони, якщо ширина забороненої зони напівпровідника 1,2 еВ?

Визначити ймовірність заповнення електронами енергетичного рівня, який розташованій на 10kT вище рівня Фермі. Як зміниться ймовірність заповнення цього рівня електронами, якщо температуру збільшити в два рази?

Визначити ймовірність заповнення електронами енергетичного рівня, який розташованій на 20kT нижче рівня Фермі. Як зміниться ймовірність заповнення цього рівня електронами, якщо температуру зменшити в два рази?

Рівень Фермі напівпровідника знаходиться на 0,01 еВ вище вершини валентної зони. Розрахувати: а) імовірність появи дірки на верхньому рівні валентної зони при 300 і при 50 К; б) імовірність находження електрона на дні зони провідності при 300 К при ширині забороненої зони напівпровідника 0,67 еВ.

Визначити, на скільки розрізняються імовірності заповнення електронами нижнього рівня зони провідності у власному германії та власному кремнії: а) при 300 К; б) при 100 К.

Визначити положення рівня Фермі при T = 300 К у кристалах германію, які леговані миш'яком до концентрації 1023 м–3.

Визначити, на скільки розрізняються імовірності заповнення дірками верхнього рівня валентної зони у власному германії та власному кремнії: а) при 273 К; б) при 150 К.

Визначити положення рівня Фермі при T = 250 К у кристалах кремнію, які леговані фосфором до концентрації 1022 м–3.

Розрахувати власну концентрацію носіїв заряду в кремнії при T = 300 К, якщо ширина його забороненої зони = 1,12 еВ, а ефективні маси густини станів =1,05 , =0,56 .

Концентрація електронів провідності в напівпровіднику дорівнює 1018 м–3. Визначити концентрацію дірок у цьому напівпровіднику, якщо відомо, що власна концентрація носіїв заряду при цієї ж температурі дорівнює 1016 м–3.

Розрахувати власну концентрацію носіїв заряду в арсеніді галію при T = 300 К, якщо ширина його забороненої зони = 1,43 еВ, а ефективні маси густини станів = 0,067; = 0,48ED Equation.3 HYPER14HYPER15

Визначити положення рівня Фермі та концентрацію неосновних носіїв заряду при T = 400 К у кремнії, легованому бором до концентрації 1023 м–3. Ширина забороненої зони кремнію = 1,12 еВ, а ефективні маси густини станів =1,05 , =0,56. Вказівка. Врахувати, що при Т = 400 К всі атоми бора, які утворюють у кремнії мілкі акцепторні рівні, повністю іонізовані.

Концентрація дирок провідності в напівпровіднику дорівнює 5(1017 м–3. Визначити концентрацію електронів у цьому напівпровіднику, якщо відомо, що власна концентрація носіїв заряду при цієї ж температурі дорівнює 2(1016 м–3.

Рівень Фермі в кремнії при 300 К розташовано на 0,2 еВ нижче дна зони провідності. Розрахувати рівноважну концентрацію електронів і дірок у цьому напівпровіднику. Ширина забороненої зони кремнію = 1,12 еВ, а ефективні маси густини станів =1,05 та MBED Equation.3 HYPER14HYPER15=0,56 .

Рівень Фермі в германії при 300 К розташовано на 0,1 еВ вище вершини валентної зони. Розрахувати рівноважні концентрації електронів і дірок у цьому матеріалі. Ширина забороненої зони германія n.3 HYPER14HYPER15=0,665еВ, а ефективні маси густини станів для дірок валентної зони і для електронів зони провідності, відповідно дорівнюють: = 0,388 , = 0,55 , де ion.3 HYPER14HYPER15– маса вільного електрона

У власному германії ширина забороненої зони при температурі 300 К дорівнює 0,665 еВ. На скільки потрібно повисіти температуру, щоб кількість електронів у зоні провідності збільшилась у два рази? Температурною зміною ефективної густини станів для електронів і дірок при розрахунках знехтувати.

При кімнатній температурі в германії ширина забороненої зони = 0,665 еВ, а власна концентрація носіїв заряду ni = 2,1(1019 м–3. У скільки разів зміниться власна концентрація ni, якщо температуру підняти до 200С. Ефективні маси густини станів для дірок валентної зони і для електронів зони провідності, відповідно, дорівнюють: = 0,388 , = 0,55Equation.3 HYPER14HYPER15 , де – маса вільного електрону. Коефіцієнт температурної зміни ширини забороненої зони b = –3,9(10–4 еВ/К.

У власному германії ширина забороненої зони при температурі 300 К дорівнює 0,665 еВ, а власна концентрація носіїв заряду ni = 2,1(1019 м–3. Ефективні маси густини станів для дірок валентної зони і для електронів зони провідності відповідно дорівнюють: = 0,388 , = 0,55 , де D Equation.3 HYPER14HYPER15– маса вільного електрона. Коефіцієнт температурної зміни ширини забороненої зони b = –3,9(10–4 еВ/К. Визначити, як зміниться концентрація дірок германія, якої містить милкі донори в концентрації Nd = 1022 м–3, при його нагріванні від 300 до 400 К.

Знайти повну концентрацію іонізованих домішок Nи в напівпровіднику n-типу, якщо концентрація компенсуючіх акцепторів Nа, а концентрація основних носіїв заряду n.

Розрахувати власну концентрацію носіїв заряду в арсеніді галію при температурі 300 і 500 К, якщо ефективні маси густини станів = 0,067 ; = 0,48 , а температурна зміна ширини забороненої зони підкоряється виразу =1,522— 5,8(10–4Т2/(Т+300).

Визначити положення рівня Фермі при температурі Т = 300 К в арсеніді галію, якій легований телуром до концентрації Nте =1023 м–3. Ефективні маси густини станів = 0,067 ; = 0,48, а температурна зміна ширини забороненої зони підкоряється виразу =1,522— 5,8(10–4Т2/(Т+300). Пояснити, чому і як зміщається рівень Фермі цього напівпровідника зі зниженням температури.

Розрахувати власну концентрацію носіїв заряду в арсеніді галію при температурі 400 і 450 К, якщо ефективні маси густини станів = 0,067 ; = 0,48 , а температурна зміна ширини забороненої зони підкоряється виразу =1,522— 5,8(10–4Т2/(Т+300).

Розрахувати, у скількох разів розрізняються рівноважні концентрації дірок при кімнатній температурі в кристалах кремнію й арсеніду галію, що мають однакову концентрацію донорних домішок Nд = 1021 м–3. Ширина забороненої зони кремнію = 1,12 еВ, а ефективні маси густини станів =1,05 , =0,56 .

Визначити, як зміниться концентрація електронів в арсеніді галію, легованому цинком до концентрації NZn = 1022 м–3 при підвищенні температури від 300 до 500 К. Вважати, що при 300 К всі атоми цинку повністю іонізовані.

Кристал арсеніду індію легований сіркою так, що надлишкова концентрація донорів Nд–Nа =1022 м–3. Чи можна вважати, що при температурі Т=300С електричні параметри цього напівпровідника близькі параметрам власного арсеніду індію, якщо ефективні маси густини станів для електронів = 0,023 , для дірок =0,43, а ширина забороненої зони (еВ) InAs змінюється з температурою за законом 0,462–3,5(10–4 Т.

Розрахувати положення рівня Фермі при Т = 300 К в кристалах германія, що містять м-3 атомів миш'яку і м-3 атомів галію.

Розрахувати число атомів в одиниці об'єму кристала кремнію при температурі 300 К, якщо період кристалічної ґратки дорівнює 0,54307 нм.

Розрахувати положення рівня Фермі при Т = 300 К в кристалах кремнія, що містять 5(1018 м-3 атомів бору і 1018 м-3 атомів фосфору.

Розрахувати число атомів в одиниці об'єму кристала германію при температурі 300 К, якщо період кристалічної ґратки дорівнює 0,56503 нм.

Визначити число атомів галію і миш'яку в одиниці об'єму кристала арсеніду галію GaAs, якщо відомо, що щільність матеріалу при 300 К дорівнює 5,32 Мг/м3 .

Розрахувати період кристалічної ґратки антимоніду індію InSb, якщо відомо, що щільність кристалів досконалій структури і високої чистоти складає 5,78 Мг/м3. Виконати аналогічний розрахунок для кристалів кремнію і германія, прийнявши їхні щільності рівними 2,3283 і 5,3267 Мг/м3, відповідно.

У кристалах арсеніду галію на кожні 106 атомів галію приходиться один атом цинку. Вважаючи, що ефективна маса густини станів для дірок валентної зони mv = 0,48m0, знайти положення рівня Фермі при 300К.

У наближенні моделі водень подібного атома розрахувати для кремнію германія енергію іонізації донора (Wд і боровський радіус його електронної орбіти rд. При розрахунку ефективну масу електронів mn у кремнії і германії прийняти рівної відповідно 0,5mo і 0,2mo. Діелектричні проникності напівпровідників: (Si = 12,5; (Si = 16.

В арсеніді галію ефективна маса електронів mn=0,07mo, а діелектрична проникність ( = 13. Визначити, при якій мінімальній концентрації донорів стануть помітні ефекти, зв'язані з перекриттям електронних оболонок сусідніх домішкових атомів.

У наближенні моделі водень подібного атома оцінити, у скількох разів відрізняються енергії іонізації донорів у кремнії й в арсеніді галію, якщо ефективні маси електронів відповідно дорівнюють 0,5mо і 0,067mо, а діелектричні проникності цих матеріалів: (Si = 12,5; (GaAs = 13,l.

Визначити положення рівня Фермі в кристалі арсеніду галію, легованому цинком до концентрації 1023 м-3 при температурі: а) 300 К; б) 400 К. Вважати, що при кімнатній температурі всі атоми цинку іонізовані.

У кристалах арсеніду галію розчинено 10-5 ат.% телуру. Знайти положення рівня Фермі щодо середини забороненої зони при Т = 500 К. Ефективні маси густини станів = 0,067 ; = 0,48 , а температурна зміна ширини забороненої зони підкоряється виразу =1,522— 5,8(10–4Т2/(Т+300). Щільність арсеніду галію d = 5,32 Мг/м3

Визначити положення рівня Фермі в кристалі арсеніду галію, легованому цинком до концентрації 1022 м-3 при температурі: а) 350 К; б) 420 К. Вважати, що при кімнатній температурі всі атоми цинку іонізовані.

В епітаксійних шарах арсеніду галію надлишкова концентрація донорів Nд — Na = . Визначити положення рівня Фермі і концентрацію неосновних носіїв заряду при температурі 500 K. Ефективні маси густини станів = 0,067; = 0,48, а температура зміна ширини забороненої зони підкоряється виразу =1,522— 5,8(10–4Т2/(Т+300).

Встановлено, що в кристалі арсеніду галію масова частка сірки 10-5 % і масова частка цинку 10-5%. Визначити положення рівня Фермі при температурі 1000 К. Вважати густину арсеніду галію d = 5,32 Мг/м3

Для отримання ефективних світлодіодів червоного випромінювання епітаксійні шари фосфіду галію леговані одночасно цинком, киснем і телуром. У результаті аналізу встановлено, що концентрація цих домішок у кристалі складає ; і м-3, відповідно. Знайти концентрацію основних носіїв заряду.

У кристалі антимоніду індія на кожні 106 атомів сурми приходитися один атом кремнію і два атоми олова. Визначити концентрації електронів і дірок у цьому напівпровіднику при кімнатній температурі, якщо власна концентрація носіїв заряду в антимоніді індію ni = м-3, а його густина d = 5,78 Мг/м3.

Визначити довжину хвилі де Бройля для електронів, які рухаються зі середньою тепловою швидкістю в кристалі арсеніду галію при кімнатній температурі, якщо ефективна маса електронів mn=0,07mо. Отриманий результат порівняти з довжиною хвилі де Бройля для електронів, які рухаються в кристалі міді. Який висновок можна зробити про вплив мікродефектів структури на рухомість електронів у напівпровідниках і металах?

У власний германій, у якого за нормальними умовами ni = pi = м-3, увели дрібні донори в концентрації Nд = ni = м-3. Можна лі рахувати, що результуюча концентрація електронів зростає в два разі, якщо іонізовані всі донори?

Докажіть, що для рівноважних концентрацій основних і неосновних носіїв заряду справедливо наступні вирази:

; ,

де Wi — рівень, який відповідає середині забороненої зони.

Оцінити теплову і дрейфову швидкість електронів при 300 К в германії n-типу з концентрацією донорів Nд = 1022 м-3, якщо щільність струму крізь зразок j = 104 А/м2, а ефективна маса електронів провідності mn = 0,12mo.

Визначити, у скільки разів дрейфова швидкість електронів у германії n-типу з Nд = 1022 м-3 відрізняється від дрейфової швидкості електронів у міді при пропусканні крізь них електричного струму однакової щільності j = 104 А/м2. Пояснити причину різниці швидкостей.

Оцінити теплову і дрейфову швидкість дірок при 300 К в кремнію p-типу з концентрацією акцепторів Nа = 1019 м-3, якщо щільність струму крізь зразок j = 103 А/м2, а ефективна маса дірок провідності mn = 0,56mo.

Визначити питомий опір напівпровідника n-типу, якщо концентрація електронів провідності в ньому дорівнює 1022 м-3, а їх рухомість ( = 0,5 м2/(В(с).

Визначити питомий опір напівпровідника p-типу, якщо концентрація дірок провідності в ньому дорівнює 1021 м-3, а їх рухомість ( = 0,19 м2/(В(с).

Що розуміється під розсіянням носіїв заряду в напівпровідниках, які основні механізми цього явища? Оцінити середній час і довжину вільного пробігу носіїв заряду при температурі Т = 300 К, якщо їх рухомість ( = 0,1 м2/(В(с), а ефективна маса m* = 0,26m0.

При напруженості електричного полю 100 В/м щільність струму крізь напівпровідник 6(104 А/м2. Визначити концентрацію електронів провідності в напівпровіднику, якщо їх рухомість (n = 0,375 м2/(В(с). Діркової складової струму знехтувати.

Розрахувати відношення повного струму крізь напівпровідник до струму, обумовленому діркової складової: а) у власному германію; б) у германії р-типу з питомим опором 0,05 Ом(м. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду при кімнатній температурі ni =2,l(1019 м-3, рухомість електронів (n = 0,39м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,19 м2/(В(с).

При напруженості електричного полю 150 В/м щільність струму крізь напівпровідник 2(104 А/м2. Визначити рухомість дірок провідності в напівпровіднику, якщо їх концентрація p = 2(1022 м-3. Електронної складової струму знехтувати.

Розрахувати відношення повного струму крізь напівпровідник до струму, обумовленому електронною складової: а) у власному кремнію; б) у кремнію n-типу з питомим опором 0,05 Ом(м. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду при кімнатній температурі ni =l(1016 м-3, рухомість електронів (n = 0,14м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,05 м2/(В(с).

До стержню з арсеніду галію довжиною 50 мм прикладена напруга 50 В. За який час електрон пройде крізь весь зразок, якщо рухомість електронів (n = 0,9 м2/(В(с).

Питомий опір власного кремнію при Т = 300 К дорівнює 2000 0м(м, власна концентрація носіїв заряду n = 1,5(1016 м-3. Чому дорівнює при цієї температурі питомий опір кремнію n-типу з концентрацією електронів n = 1020 м-3? Вважати, що рухомість електронів у три разі більш ніж рухомість дірок та що це співвідношення зберігається як для власного, так і для домішкового напівпровідника з заданою ступеню легування.

Розрахувати питомий опір германія p-типу з концентрацією дірок 4(1019 м-3. Знайти відношення електронної провідності до діркової. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду при кімнатній температурі ni =2,l(1019 м-3, рухомість електронів (n = 0,39 м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,19 м2/(В(с).

Яку напругу необхідно прикласти до стержню з кремнію довжиною 40 мм, якщо електрон проходить крізь весь зразок за 30 мкс. Рухомість електронів (n = 0,14 м2/(В(с).

Розрахувати питомий опір кремнію n-типу з концентрацією електронів 4(1017 м-3. Знайти відношення електронної провідності до діркової. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду при кімнатній температурі ni =1016 м-3, рухомість електронів (n = 0,14 м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,05 м2/(В(с).

Зразок кремнію n-типу при температурі Т1 = З00 К має питомий опір ( = 0,05 0м(м, причому концентрація електронів у ньому не змінюється при нагріванні до температури Т2 = 500 К. Визначити, на скільки змінюється концентрація неосновних носіїв заряду в цьому температурному діапазоні. При температурі T1 рухомість електронів (n = 0,14 м2/(В(с). Власна концентрація носіїв заряду nі = 0,7(1016 м-3. Коефіцієнт температурної зміни ширини забороненої зони b = 2,84(10-4 еВ/К.

При температурі T = 300 К концентрація дірок у германії р-типу дорівнює 2,1(1020 м-3, а концентрація електронів у 100 разів менше. Рухомість електронів (n = 0,39 м2/(В(с), рухомість дірок (p=0,19м2/(В(с). На основі цих даних знайти власний питомий опір германія.

При температурі T = 300 К власний питомий опір антимоніду галію дорівнює 10 Ом(м. Використовуючи дані таблиці 6, визначити власну концентрацію носіїв заряду цього напівпровідника.

Епітаксійний шар арсеніду галію, легований сіркою, має при кімнатній температурі питомий опір 5(103Ом(м. Визначити концентрацію донорів у шарі, якщо рухомість електронів 0,8 м2/(В(с).

Скрізь пластину кремнію з питомим опором 0,01 0м(м проходить електричний струм щільністю 10мА/мм2. Знайти середні швидкості дрейфу електронів і дірок, якщо їхні рухомості 0,14 і 0,05 м2/(В(с) відповідно.

Розрахувати концентрацію електронів і дірок у германії р-типа з питомим опором 0,05 0м(м при температурі 300К. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду ni=2,l(1019м-3, рухомість електронів (n=0,39м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,19 м2/(В(с).

Визначити, при якій концентрації домішок питома провідність германія при температурі 300 К має найменше значення. Знайти відношення власної питомої провідності до мінімальної при тій же температурі. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду ni =2,l(1019 м-3, рухомість електронів (n=0,39м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,19 м2/(В(с).

Розрахувати відношення власної питомої провідності до мінімальної при T = 300 К для антимоніду індію, що має наступні параметри: ni = 2(1022 м-3; (n = 7,8 м2/(В(с) , (p = 0,075 м2/(В(с).

Визначити, при якій концентрації домішок питома провідність кремнію при температурі 300 К має найменше значення. Знайти відношення власної питомої провідності до мінімальної при тій же температурі. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду ni =l(1016 м-3, рухомість електронів (n=0,14м2/(В(с), рухомість дірок (p =0,05 м2/(В(с).

У власному германії при 300 К концентрація атомів 4,4(1028 м-3, а концентрація електронів провідності 2,1(1019 м-3. Чому дорівнює концентрація дірок при цій температурі в домішковому германії, що містить один атом донорних домішок на 106 атомів основної речовини?

Визначити струм скрізь зразок кремнію прямокутної форми розмірами мм, якщо уздовж зразка прикладена напруга 10 В. Відомо, що концентрація електронів у напівпровіднику n=1021 м-3, їх рухомість (n =0,14 м2/(В(с).

При дослідженні температурної залежності концентрації носіїв заряду для чистого кремнію в області власної електропровідності отримані наступні результати: при температурі T1 = 463 К власна концентрація ni1=1020 м-3, а при Т2 = 781 К ni2 = 1023 м-3. На підставі цих даних розрахувати ширину забороненої зони при Т=300 К, якщо коефіцієнт її температурної зміни b = еВ/К.

Розрахувати питомий опір кристалів арсеніду галію, легованих хромом до концентрації 2(1021м-3 при температурі 300 К, якщо енергія іонізації атомів хрому (Wа = 790 меВ, а рухомість дірок (р = 0,04 м2/(В(с). Ефективну масу дірок прийняти рівної 0,48 m0.

Визначити струм скрізь зразок германію прямокутної форми розмірами 3 х 0,9 х 0,3 мм, якщо уздовж зразка прикладена напруга 20 В. Відомо, що концентрація дірок у напівпровіднику p=1022 м-3, їх рухомість (p =0,19 м2/(В(с).

У результаті вимірів установлено, що при температурі Т1 = 300 К питомий опір власного германія (і1=0,5 Ом(м, а при температурі T = 500 К питомий опір (і2 = l,25(10-3 Ом(м. Вважаючи, що рухомість електронів і дірок при нагріванні змінюється відповідно за законом: (n = 0,38(Т/300)-3/2 та (р =0,19(Т/300)-3/2, визначити температурну залежність ширини забороненої зони (у лінійному наближенні). Ефективна маса густини станів для електронів зони провідності mc =0,55m0, а для дірок валентної зони mv = 0,388m0.

Найбільш чисті кристали кремнію мають концентрацію електронів 1019 м-3, а їхня рухомість 0,14м2/(В(с). Визначити, у скільки разів питомий опір цих кристалів менше власного питомого опору кремнію при 300 К. Ширина забороненої зони кремнію = 1,12 еВ, а ефективні маси густини станів =1,05 , =0,56, - маса вільного електрону. Прийняти власну концентрацію носіїв заряду ni=0,7(1016 м-3, рухомість електронів (n=0,14 м2/(В(с), рухомість дірок (p = 0,05 м2/(В(с).

Визначити концентрацію електронів і дірок при T = 300 К в зразку германія, що має концентрацію донорних домішок Nд = 2(1020 м-3 і концентрацію акцепторних домішок Na = 3(1020 м-3.

Розрахувати при температурі 300 К питомий опір кристала германія, у якому на кожні 107 атомів кристалічної ґратки приходиться один атом сурми. Відомо, що період ґратки германія а = 0,5657 нм, а рухомість електронів (n = 0,39 м2/(В(с).

Зразок кремнію містить у якості домішки фосфор з концентрацією атомів 2(1020 м-3 Яку потрібно створити концентрацію атомів галію в цьому напівпровіднику, щоб тип електропровідності змінився на протилежний, а питомий опір дорівнював 0,5 0м(м? При розрахунках вважати, що рухомість дірок (р=0,05м2/(В(с). Виразити необхідну концентрацію галію в масових частках, якщо щільність кремнію d=2,328Мг/м3.

У кристалі надчистого германія з періодом ґратки а = 0,5657 нм при температурі 300 К один з кожних 2(109 атомів іонізований. Вважаючи, що рухомість електронів і дірок дорівнює відповідно 0,39 і 0,19м2/(В(с), визначити питомий опір матеріалу за даними умовами.

Розрахувати для температури T = 40 К концентрацію дірок і питомий опір кремнію р-типа, легованого бором до концентрації Nа = 1022 м-3, якщо ефективна маса густини станів для дірок валентної зони mv = 0,56mо, положення енергетичного рівня бора Wv+0,045 еВ, а рухомість дірок змінюється з температурою відповідно до виразу р = 0,045((T/300)-3/2.

Розрахувати власний питомий опір арсеніду галію при температурах 300 і 500 К, якщо температурні зміни рухомості електронів і дірок визначаються виразами: (n = 0,85(Т/300)-2; (р = 0,045(T/300)-2.5. Для розрахунку використовувати дані таблиці 6.

Розрахувати для температури T = 150 К концентрацію дірок і питомий опір кремнію р-типа, легованого бором до концентрації Nа = 1021 м-3, якщо ефективна маса густини станів для дірок валентної зони mv = 0,56mо, положення енергетичного рівня бора Wv+0,045 еВ, а рухомість дірок змінюється з температурою відповідно до виразу р = 0,045((T/300)-3/2.

Зразок германія містить 1020 м-3 донорних атомів і 7(1019 м-3 акцепторних домішкових атомів. При даній температурі власний питомий опір германія дорівнює 0,5 Ом(м. Визначити рівноважні концентрації електронів і дірок, а також густину дрейфового струму, що буде проходити скрізь зразок під дією електричного полю напруженістю 200 В/м. Рухомість електронів і дірок відповідно дорівнює 0,39 і 0,19м2/(В(с).

Через кристал кремнію n-типу з питомим опором 0,1 0м(м пропускають електричний струм густиною 200мА/см2. За який час електрони проходять відстань 10 мкм, якщо їх рухомість 0,14 м2/(В(с)? Як і чому зміниться час дрейфу, якщо електричний струм тієї ж щільності пропускати через кристал кремнію n-типу з більш високим питомої опором?

Зразок кремнію містить 1017 м-3 донорних атомів і 7(1016 м-3 акцепторних домішкових атомів. При даній температурі власний питомий опір кремнію дорівнює 3,3 кОм(м. Визначити рівноважні концентрації електронів і дірок, а також густину дрейфового струму, що буде проходити скрізь зразок під дією електричного полю напруженістю 250 В/м. Рухомість електронів і дірок відповідно дорівнює 0,14 і 0,05м2/(В(с).

Оцінити середню довжину вільного пробігу електронів в арсеніді галію при Т = 300 К, якщо їхня ефективна маса mn = 0,07 m0, а рухомість (n = 0,85 м2/(В(с).

Питомий опір антимоніду індію з концентрацією дірок р = 1023 м-3 при Т = 300 К складає 3,5(10-40м(м. Визначити рухомість електронів і дірок, якщо їхнє відношення (n/(р = 40, а власна концентрація носіїв заряду в антимоніді індію при цій температурі ni = 2(1022 м-3.

Оцінити середню довжину вільного пробігу електронів в фосфіді індію при Т = 300 К, якщо їхня ефективна маса mn = 0,015 m0, а рухомість (n = 0,46 м2/(В(с).

Напівпровідник легований акцепторною домішкою до концентрації Nа = 2ni. Визначити, у скільки разів зміниться питома провідність напівпровідника за відношенням до власної, якщо відношення рухомостей електронів і дірок (n/(р = b. Вважати, що всі акцептори знаходяться в іонізованому стані.



Таблиця 6 – Фізичні параметри напівпровідників (T=300 K)



Напівпровідник

Кристалічна структура

Період гратки, нм

Щільність, Мг/м3

Температура плавлення, оС

Температурний коефіцієнт лінійного розширення, (l (106, K-1

Ширина забороненої зони (W, еВ

d((W)/dT, 10-4 еВ

Рухомість (, м2/(В(с)

Низькочастотна діелектрична проникність



електронів

дірок



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11



Ge

Типа

алмазу

0,565

5,43

937

5,8

0,66

3,9

0,39

0,19

16,0



Si



0,542

2,33

1415

2,3

1,12

2,8

0,14

0,05

12,5



(-SiC

Гексагон-нальна

A=0,308

C=15,12

3,22

2205

-

3,02

-

0,033

0,06

10,0



GaN

Типа

Вюрциту



A=0,319

C=0,518

6,11

1700

5,7

3,4

3,9

0,03

-

12,2



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11



AlP

Типа сфалериту

0,546

2,37

2000

4,2

2,45

2,6

0,008

0,003

9,8



GaP



0,545

4,07

1467

4,7

2,26

4,7

0,019

0,012

11,1



InP



0,587

4,78

1070

4,6

1,35

2,8

0,46

0,015

12,4



AlAs



0,566

3,6

1770

3,5

2,16

4,0

0,028

-

10,1



GaAs



0,565

5,32

1238

5,4

1,43

4,0

0,95

0,045

13,1



InAs



0,606

5,67

942

4,7

0,36

3,5

3,3

0,046

14,6



AlSb



0,614

4,28

1060

4,2

1,58

3,5

0,02

0,055

14,4



GaSb



0,610

5,65

710

6,1

0,72

3,6

0,4

0,14

15,7



InSb



0,648

5,78

525

4,9

0,18

3,0

7,8

0,075

17,7



ZnS



0,541

4,09

1020

-

3,67

5,3

-

-

5,2



ZnS

Типа

вюрциту

A=0,382 C=0,626

4,1

1780

6,2

3,74

3,8

0,014

0,0005

5,2



CdS



A=0,413

C=0,675

4,82

1750

5,7

2,53

4,9

0,034

0,011

5,4



ZnSe

Типа сфалериту

0,566



5,42

1520

1,9

2,73

7,2

0,026

0,0015

9,2



CdSe

Типа

вюрциту

A=0,430

C=0,701

5,81

1264

-

1,85

4,1

0,072

0,0075

10,0



ZnTe

Типа сфалериту

0,610

6,34

1239

8,3

2,23

-

0,053

0,003

10,4



CdTe



0,648

5,86

1041

4,0

1,51

4,1

0,12

0,006

10,2



HgTe



0,646

8,09

670

4,8

0,08

-

2,5

0,02

-



PbS

Типа NaCl

0,594

7,61

1114

-

0,39

3,3

0,06

0,07

17,0



PbSe



0,612

8,15

1076

-

0,27

4,0

0,12

0,1

-



PbTe



0,646

8,16

917

-

0,32

4,3

0,08

0,09

30,0



Завдання 6. Розрахунок плавкого запобіжника

Площа поперечного перерізу плавкого запобіжника з матеріалу M в електричному колі з граничним струмом І дорівнює S (D-дiаметр). Початкова температура запобіжника Tпоч=20оС. Знайти значення величин, які позначені в таблиці 7 знаком “?”. Тепловіддачею в зовнішнє середовище знехтувати. Вважати, що час реакції запобіжника дорівнює 0,1с. Питомий опір (, густина (, температура плавлення Tпл, питома теплоємність с матеріалу M запобіжника наведені в таблиці 8.



Таблиця 7



Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15



Матеріал М

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

3



I, A

1

(

2

(

3

(

4

(

5

(

6

(

7

(

8



S, мм2

(

0,1

(

(

(

0,3

(

(

(

0,.5

(

(

(

(

(



D, мм

(

(

(

0,2

(

(

(

0,4

(

(

(

0,6

(

0,7

(



Варіант

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30



Матеріал М

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

3

4

5

6



I, A

(

9

(

10

(

11

(

12

(

(

1

(

2

(

3



S, мм2

0,5

(

(

(

0,3

(

(

(

0,4

(

(

0,2

(

(

(



D, мм

(

(

0,9

(

(

(

0,6

(

(

0,8

(

(

(

0,5

(



Варіант

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45



Матеріал М

7

8

9

10

11

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9



I, A

(

4

(

5

(

6

(

7

(

8

(

9

(

10

(



S, мм2

0,8

(

(

(

0,4

(

(

(

0,3

(

(

(

0,5

(

(



D, мм

(

(

0,3

(

(

(

0,8

(

(

(

0,1

(

(

(

0,2



Таблиця 8 - Фізичні властивості металів (T=293 K)



M

Метал

Густина (, Мг/м3

Температура плавлення, Tпл,оС

Питома теплоємність с, Дж/(кг(К)

Питома теплопровідність (т, Вт/(м(К)

Температурний коефіцієнт лінійного розширення, (l (106, K-1

Модуль пружності, E, ГПа

Питомий опір, (, мкОм(м

Температурний коефіцієнт питомого опору, (( (103, K-1



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



1

Al

2,7

660

923

218

21,0

70,8

0,0256

4,1



2

W

19,3

3400

142

167

4,4

407

0,055

5,0



3

Fe

7,87

1540

453

73,3

10,7

211

0,097

6,25



4

Au

19,30

1063

134

312

14,0

77,5

0,0225

3,95



5

Cu

8,92

1083

386

406

16,6

129

0,0168

4,33



6

Sn

7,29

232

226

63,1

23,0

54,0

0,113

4,5



7

Pb

11,34

327

130

35

28,3

15,7

0,190

4,2



8

Ag

10,49

961

235

453

18,6

80,0

0,0150

4,1



9

Pd

12,02

1550

243

70,7

9,5

121

0,108

3,6



10

Pt

21,45

1770

134

71,1

9,5

170

0,0981

3,9



11

Ni

8,96

1453

440

75,5

13,2

196

0,068

6,7



12

Zn

7,14

419

336

113

30,0

92,2

0,0592

4,1



Маса вільного електрону =9,1(10-31 кг

Заряд електрону e=1,6(10-19 Кл

Стала Планка h=6,62(10-34 Дж(с

Стала Больцмана k=1,38(10-23 Дж/K

Завдання 7. Визначення магнітної проникності деяких магнітних матеріалів

За основною кривою намагнічування матеріалу, наведеної на рис. N, побудуйте графіки залежності статичної і динамічної магнітної проникності від напруженості зовнішнього магнітного поля. Визначте статичну і динамічну проникність при напруженості магнітного поля H. Варіант завдання оберіть з таблиці 9



Рис.3 Рис.4



Таблиця 9



Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15



N

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3



H, А/м

10

90

200

1

15

80

250

5

20

70

300

10

25

60

350



Варіант

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30



N

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2



H, А/м



30

55

400

7

35

50

450

12

40

45

500

14

50

40



Варіант

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45



N

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

3

3

4

1



H, А/м

600

16

60

35

700

20

70

30

800

18

80

25

900

24

90



Література



Мокрицький В.А., Дранчук С.М., Андріянов О.В., Лєнков С.В., Зубарєв В.В. Фізико-технічні основи мікроелектроніки. – Одеса: Техносервіс, 2002. – 712 с.

Пасынков В.В. Материалы электронной техники. - М.( Высшая школа, 1995 ( 406 с.

Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы, - Л.: Энергия, 1985. – 304 с.

Материалы электронной техники. Задачи и вопросы. Уч. пособие для вузов. / Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А./Под ред. В.А.Терехова. – М.: Высш. шк., 1990. -208 с.

Конструкционные и электротехнические материалы./ Под ред. В.А.Филикова.-М.: Высш. шк., 1990.-296 с.

Справочник по электротехническим материалам. В 3-х томах./Под ред. Ю.В. Корицкого и др., т.1, ( М.(Энергоатомиздат, 1986. ( 386 с., т.2, ( М.( Энергоатомиздат, 1987. ( 464 с., т.3, ( М.( Энергоатомиздат, 1988. ( 728 с.

Материалы микроэлектронной техники. / Под ред. В.М.Андреева. ( М.( Радио и связь, 1989. ( 352 с.

Додаток 1. Зразок оформлення титульного аркуша

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Одеський національний політехнічний університет

Кафедра інформаційних технологій проектування в електроніці та телекомунікаціях



КРМЗ.РК7101.ПЗ



ВластивостІ МАТЕРІАЛІВ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ

Курсова робота

з дисципліни „Матеріалознавство радіоапаратів”



Виконав:

студент гр. РК – 081

Андрєєв В. О.



Перевірив:

Доц. Андріянов О.В.



2009

Додаток 2. Зразок оформлення змісту



ЗМІСТ

Стор.

Вступ.................................................................................................................................................................2

Аналіз діелектричних властивостей та галузі застосування трансформаторного масла......................3

Діелектричні та електричні характеристики діелектриків в задачах матеріалознавства......................13

2.1 Діелектрична проникність складних діелектриків................................................................................13

2.2Визначення параметрів конденсатора .........................................................................................15

2.3Дослідження пробою діелектрику .........................................................................................................17

3 Визначення параметрів напівпровідників .................................................................................................19

4 Розрахунок плавкого запобіжника ............................................................................................................22

5 Визначення динамічної та статичної відносної магнітної проникності деяких магнітних

матеріалів...........................................................................................................................................................24

Висновки............................................................................................................................................................25

Список використаної літератури.....................................................................................................................26

Додатки:

Графік залежності діелектричної проникності діелектрика від складу (паралельне включення компонентів)

Графік залежності діелектричної проникності діелектрика від складу (послідовне включення компонентів)

Графік залежності діелектричної проникності діелектрика від складу (хаотичний розподіл компонентів)

Графік основної кривої намагнічування

Графіки залежності динамічної відносної магнітної проникності від напруженості магнітного полю

Графіки залежності статичної відносної магнітної проникності від напруженості магнітного полю



КРМЗ.РК7101.ПЗ



Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата



Разраб.

Андрєєв В.О.



Властивості матеріалів електронної техніки

Лит

Лист

Листов



Пров.

Андріянов О.



2

25



Н.контр.



ОНПУ, ІРТ, гр.РК-081



Утв.



Навчальне видання



МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО курсової роботи З ДИСЦИПЛІНИ

"матеріалознавство РАДІОапаратів"



для студентів напряму 6.050902 – „Радіоелектронні апарати”

денної форми навчання



Укладачі: Олександр Вікторович Андріянов

Вадим Анатолійович Мокрицький



0 20 40 60 80 А/м



В,Тл



0,8



0,6



0,4



0,2



0

0



3,0







2,6





2,2



Рис.1



0 20 40 60 80 Н, А/м



В,Тл



0,8



0,6



0,4



0,2



0

0



3,0







2,6





2,2



Рис.2