6) [111], a [11].

Домашнее задание 3

Взаимодействие дислокаций

1. Найдите среднее расстояние между дислокациями: а) в отожжённом металле с плотностью дислокаций ρ = 106 см–2; б) в холоднодеформированном металле с ρ = 1010 см–2. Сравните его с радиусом ядра дислокаций (rядра ~ 3b).

2. Сколько километров дислокаций содержится в 1 см3: а) отожжённого металла с плотностью дислокаций ρ = 106 см–2; б) холоднодеформированного металла с ρ = 1010 см–2? Найдите объёмную долю ядер дислокаций в обоих случаях (принимая радиус ядра rядра ~ 3b).

2. В расчёте на 1 см3 металла сравните: а) энергию дислокаций при их максимально возможной плотности ~1012 см–2; б) энергию вакансий при их максимально возможной равновесной концентрации (вблизи температуры плавления); в) энергию межатомной связи (энергию сублимации) εсубл. Расчёт сделайте для: 1) серебра (εсубл = 2,60 эВ/атом); 2) α-железа (εсубл = 3,63 эВ/атом).

3. Найдите напряжение, необходимое для прохождения полной краевой дислокации над параллельной ей закреплённой дислокацией, если расстояние между их плоскостями скольжения составляет 10b; 25b; 100b. Расчёт сделайте для 1) α-железа; 2) серебра.

4. Какое напряжение надо приложить к паре полных краевых дислокаций одного знака, скользящих в одной плоскости, чтобы сблизить их до расстояния 10b; 25b; 100b? Расчёт сделайте для:

1) α-железа; 2) серебра.

5. Запишите все возможные типы реакций между двумя дислокациями 1/2a <110> в ГЦК-решётке и отберите из них энергетически выгодные.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

6. Запишите все возможные типы реакций между двумя дислокациями 1/2a <111> в ОЦК-решётке и отберите из них энергетически выгодные.

7. Монокристалл серебра выращивают из расплава. Оцените плотность возникающих в ходе кристаллизации дислокаций, если перепад температуры вблизи границы раздела жидкости и твёрдой фазы составляет 10 К/мм. Коэффициент линейного расширения серебра при температуре плавления равен 28·10–6 К–1.

Самостоятельная работа 1. Прочесть диаграмму состояния системы олово-свинец:

1.  Перечертить диаграмму в масштабе, обозначить поля, точки плавления и точки полиморфных превращений компонентов, назвать каждую линию диаграммы и указать ее физический смысл.

2.  Дать общую характеристику системы:

·  Какова растворимость компонентов в жидком состоянии?

·  Образуются ли между компонентами химические соединения, при какой температуре, как плавятся (конгруэнтно – неконгруэнтно)?

·  Какие химические соединения образуются (химическая формула, состав в процентах, химическое название)

·  Каков состав наиболее тугоплавкой и наиболее легкоплавкой системы?

3.  Охарактеризовать свойства каждого из пяти образцов, заданных фигуративными точками на диаграмме (по форме таблицы). Построить кривые охлаждения этих сплавов.

Часть 2. Самостоятельная работа 1

Вариант 1.1

1. Изобразите объемную элементарную кристаллическую ячейку кремния, поясняющую характер ковалентной связи в этом полупроводнике.

2. Какие частицы называют фермионами?

3. Какая из статистик – Ферми–Дирака или Максвелла–Больцмана является более точной применительно к полупроводникам?

4. В какой части энергетической зоны зонной диаграммы для полупроводника плотность состояний будет наибольшей?

5. Образуется ли пара свободных носителей заряда – электрон и дырка – при ионизации акцепторного атома?

6. Можно ли пользоваться соотношением действующих масс для полупроводника, у которого в зонной диаграмме выполняется условие: (Ес – Еф) > 3kT? Почему?

7. Покажите, как меняется положение уровня Ферми Еф в зависимости от температуры для полупроводника n-типа.

8. Каким условием определяется низкий уровень инжекции неравновесных носителей заряда?

9. Какие механизмы рассеяния проявляются в реальных полупроводниках?

10. Какая подвижность носителей заряда больше: μn или μp и почему?

Вариант 1.2

1. На какие группы в зависимости от структурных особенностей строения подразделяют твердые тела?

2. Какое взаимодействие происходит между атомами, если их энергетические уровни расщепляются в энергетические зоны?

3. В чем заключается процесс рекомбинации носителей заряда в полупроводниках?

4. Какая статистика, определяющая вероятность заполнения электронами и дырками энергетических уровней, справедлива для вырожденных полупроводников?

5. Найдите положение уровня Ферми в невырожденном германии Ge, если известно: pi = NB・exp{(ЕB - Еф)/kT}.

6. Если для полупроводника известны величины концентраций ni и NД, то как найти концентрации nn и pn?

7. Восстановите равенство (Ec− EВ)/ 2k ln(NС/NД) = ?

8. Когда процесс рекомбинации носителей заряда называется «линейной рекомбинацией»?

9. Поясните что такое «оптические фононы»?

10. Дайте определение диффузионной длины для электронов.

Вариант 1.3

1. Дайте определение металлической межатомной химической связи.

2. От чего зависит ширина разрешенной энергетической зоны для металла?

3. Какие отличия в свойствах у вырожденных и невырожденных полупроводников?

4. Где на энергетической диаграмме для собственного невырожденного полупроводника расположен уровень Ферми, если для эффективных масс носителей заряда выполняется условие m*p<m*n?

5. Дайте определение энергии ионизации акцептора.

6. Пусть для концентраций в полупроводнике выполняется условие NД>>ni и задано п0 = Nc exp[- (Ec − Eф) /kT] .Найдите выражение, определяющее положение уровня Ферми Eфп.

7. При каких условиях в примесном полупроводнике р-типа может начаться переход к собственной проводимости?

8. От чего зависит коэффициент рекомбинации носителей заряда? Что такое «прямая рекомбинация носителей» и на какие подвиды она разделяется?

9. От чего зависит длина свободного пробега носителя заряда в полупроводнике?

10. Нарисуйте зависимости подвижности носителей заряда от температуры μ = f(T) для двух значений концентрации легирующей примеси Nа2 > Nа1.

Вариант 1.4

1. Дайте определение динамических дефектов в кристаллической решетке.

2. От каких внешних факторов, кроме температуры, может зависеть ширина запрещенной зоны полупроводника DЕ?

3. Что определяет данный интеграл: ?

4. Образуется ли свободная дырка в процессе ионизации донорного атома?

5. Сформулируйте условия наступления вырождения для полупроводника n-типа в зависимости от степени его легирования.

6. Нарисуйте температурную зависимость логарифма собственной концентрации носителей заряда в соответствии с выражением

7. Дайте определение времени жизни неравновесных электронов.

8. Как определяется подвижность дырок μр?

9. Какие механизмы рассеяния носителей заряда проявляются в реальных кристаллах GaAs и PbS?

10. Если у полупроводника при его легировании примесью получено, что энергия ионизации примеси DЕД = 0, какая статистика должна быть применена для расчета концентрации свободных носителей заряда в полупроводнике и почему?

Вариант 1.5

1. Приведите примеры статических дефектов кристаллической структуры твердых тел.

2. Поясните, почему для объяснения электропроводности полупроводников введено понятие «носитель заряда –дырка»?

3. От чего зависит значение энергии уровня Ферми для носителей заряда в твердом теле?

4. Если N – число частиц, а G – число возможных состояний для них, то при каком соотношении между N и G такая система частиц будет вырожденной?

5. Какой параметр определяет максимально возможное значение концентрации электронов в зоне проводимости полупроводника?

6. Чем определяется ширина акцепторной энергетической зоны для полупроводника?

7. Покажите на энергетической диаграмме для вырожденного полупроводника n-типа положение уровня Ферми.

8. На зависимости уровня Ферми от температуры Еф = f(T) для полупроводника n-типа покажите, как найти Ti –температуру перехода к собственной проводимости.

9. Какие процессы называются процессами переноса носителей заряда?

10. Как связаны между собой применительно к полупроводникам подвижности носителей заряда μр, μn и коэффициенты диффузии носителей Dn, Dp?

Часть 2. Самостоятельная работа 2

Вариант 2.1

1. От каких внешних факторов зависит работа выхода для электронов у примесных полупроводников и почему?

2. В каких пределах может изменяться коэффициент прозрачности потенциального барьера согласно классическим представлениям об эмиссии?

3. В какой из областей: p-, n- или в p-n-переходе электрон будет иметь максимальную потенциальную энергию и почему?

4. Поясните, когда происходит процесс инжекции неосновных носителей заряда через p-n-переход.

5. Влияет ли и каким образом степень легирования p - и n-областей на процесс лавинного пробоя p-n-перехода?

6. Перечислите пути повышения удельной электрической емкости конденсатора.

7. Какой вид поляризации характерен для электретов?

8. Как называется параметр l в выражении для орбитального магнитного момента атома ?

9. Как отличаются величины относительной магнитной восприимчивости χм у диамагнетиков, парамагнетиков и ферромагнетиков?

10. Распадаются ли куперовские пары электронов в сверхпроводнике? Если да, то при каких условиях?

Вариант 2.2

1. Поясните, что такое «потенциальная яма» для электрона?

2. Изобразите энергетическую диаграмму для случая приложения к запирающему слою контакта «металл–полупроводник» прямого внешнего напряжения.

3. Зависит ли высота потенциального барьера p-n-перехода от эффективной плотности состояний в валентной зоне полупроводника? Если да, то каким образом?

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5