Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

R1E81W7k5FxhD1

Ćwiczenie 1

Pogrupuj pierwiastki pod kątem ich potencjalnego zastosowania jako domieszki w półprzewodniku typu n. krzem Możliwe odpowiedzi: 1. arsen, 2. węgiel, 3. fosfor, 4. tellur, 5. bor, 6. chlor, 7. siarka arsenek galu Możliwe odpowiedzi: 1. arsen, 2. węgiel, 3. fosfor, 4. tellur, 5. bor, 6. chlor, 7. siarka nie nadające się jako domieszki Możliwe odpowiedzi: 1. arsen, 2. węgiel, 3. fosfor, 4. tellur, 5. bor, 6. chlor, 7. siarka

R12hIIvHL8t321

Ćwiczenie 2

W półprzewodniku typu n nośnikami prądu elektrycznego są: Możliwe odpowiedzi: 1. Wyłącznie elektrony, 2. Wyłącznie dziury, 3. Elektrony i dziury w takim samym stopniu, 4. Elektrony i dziury, ale dominuje przewodnictwo elektronów

Ćwiczenie 3

Wyjaśnij, dlaczego domieszkowanie półprzewodników powoduje zmniejszenie ich oporu elektrycznego?

uzupełnij treść

Jaki wpływ mają domieszki na liczbę nośników prądu?

Domieszki powodują wzrost liczby nośników prądu.

Ćwiczenie 4

RCZmgeLNbheq9

Przerwa wzbroniona – czyli najmniejsza energia, jaką muszą uzyskać elektrony walencyjne, aby uzyskać energię z zakresu pasma przewodnictwa – w krzemie samoistnym wynosi około 1,12 eV. Domieszkowanie krzemu fosforem wprowadza poziomy donorowe, dla których odległość energetyczna od pasma przewodnictwa wynosi około 45 meV (milielektronowolty). Wynika z tego, że energia, jaką potrzebują elektrony z poziomów donorowych, aby uzyskać energię z zakresu pasma przewodnictwa jest w porównaniu z energią, jaką muszą uzyskać elektrony walencyjne, aby przejść do zakresu energii z pasma przewodnictwa około 1. 500, 2. większa, 3. 25, 4. 250, 5. 5, 6. mniejsza razy 1. 500, 2. większa, 3. 25, 4. 250, 5. 5, 6. mniejsza.

Jeżeli chcemy określić, ile razy dana wielkość jest mniejsza, dzielimy wielkość większą – w tym przypadku energię przejścia z zakresu energii walencyjnej do zakresu przewodnictwa – przez mniejszą – w tym przypadku energię potrzebną na przejście z zakresu energii poziomu donorowego do energii z zakresu pasma przewodnictwa. Otrzymujemy 1,12 eV / 45 meV = 1,12 / 0,045 = 24,89 ≈ 25.

Ćwiczenie 5

R1bMjwX7Utoc2

Opór elektryczny właściwy opisuje zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego, oznacza się go literą RHO i możemy opisać wzorem RHO, równa się, początek ułamka, R S, mianownik, l, koniec ułamka, gdzie R to opór elektryczny elementu, S jego pole przekroju poprzecznego a l długość. Zakładamy, ze pole przekroju jest kołem. Jeżeli chcemy zastąpić w obwodzie element o oporze R wykonany z samoistnego germanu elementem wykonanym z domieszkowanego germanu o tej samej długości i oporze elektrycznym właściwym około 1100 razy mniejszym, to jego średnica powinna być około: Możliwe odpowiedzi: 1. około 1100 razy większa, 2. około 1100 razy mniejsza, 3. około 33 razy większa, 4. około 33 razy mniejsza

Wyznaczamy opór elektryczny ze wzoru na opór właściwy, a za pole powierzchni podstawiamy $S = \frac{π d^{2}}{4}$ . Otrzymujemy $R = \frac{ρ l}{\frac{π d^{2}}{4}}$ . Porównujemy opór samoistnego germanu $R_{s}$ z oporem germanu domieszkowanego $R_{d}$ :

\frac{ρ_{s} l}{\frac{π d_{s}^{2}}{4}} = \frac{ρ_{d} l}{\frac{π d_{d}^{2}}{4}}

Po przekształceniach otrzymamy

d_{d} = d_{s} \cdot \sqrt{\frac{ρ_{d}}{ρ_{s}}} = d_{s} \cdot \sqrt{\frac{1}{1100}} = \frac{d_{s}}{33}

Ćwiczenie 6

Wzrost temperatury krzemu od 300 K do 310 K powoduje około dwukrotne zmniejszenie oporu elektrycznego. Czy w takim samym stopniu powinien spadać opór krzemu domieszkowanego fosforem? Uzasadnij odpowiedź.

uzupełnij treść

Porównaj, jak pod wpływem temperatury zmienia się koncentracja nośników w krzemie samoistnym i domieszkowanym.

R1Mzx8PQS3Mbm

Rysunek przedstawia wykres zależności koncentracji nośników prądu w krzemie czystym i krzemie domieszkowanym od temperatury wyrażonej w skali Kelwina. Temperatura zmienia się w zakresie od dwustu kelwinów do pięciuset kelwinów. Dla krzemu domieszkowanego wykres jest linią prawie prostą, równoległą do osi temperatury i przecina oś koncentracji nieco poniżej wartości dziesięć do potęgi piętnastej nośników na centymetr sześcienny. Wykres dla krzemu czystego zaczyna się w punkcie, gdzie temperatura jest równa trzysta kelwinów i odpowiada jej koncentracja dziesięć do potęgi dziesiątej nośników w centymetrze sześciennym i silnie rośnie do wartości dziesięć do potęgi czternastej nośników na centymetr sześcienny przy temperaturze pięćset kelwinów. Charakter tej zależności to bez wątpienia zależność eksponencjalna, co wynika z ewzorów na koncentrację nośników dla półprzewodników niedomieszkowanych. — Rys. Zależność koncentracji nosników prądu w czystym (samoistnym) krzemie i domieszkowanym fosforem.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Nie, ponieważ w półprzewodnikach domieszkowych w temperaturze pokojowej praktycznie wszystkie elektrony z poziomów donorowych przeszły w zakres energii przewodnictwa. Przewodnictwo półprzewodników domieszkowych przy małej zmianie temperatury praktycznie się nie się zmienia. Natomiast w półprzewodnikach samoistnych w tym zakresie temperatur liczba nośników prądu rośnie około dwukrotnie.

Ćwiczenie 7

RzmFncybzFc8W

Uzupełnij tekst. Opór elektryczny półprzewodników domieszkowanych 1. maleje, 2. nie maleje, 3. ułatwiają, 4. rośnie, 5. utrudniają, 6. maleje proporcjonalnie do ilości nośników prądu, ponieważ
wprowadzone domieszki 1. maleje, 2. nie maleje, 3. ułatwiają, 4. rośnie, 5. utrudniają, 6. maleje ruch nośników prądu i ruchliwość nośników 1. maleje, 2. nie maleje, 3. ułatwiają, 4. rośnie, 5. utrudniają, 6. maleje w
porównaniu z półprzewodnikiem samoistnym.

Ćwiczenie 8

Rmj1gsMI4x4CY

Wprowadzenie do materiałów półprzewodnikowych domieszek typu n powoduje miedzy innymi: Możliwe odpowiedzi: 1. zwiększenie koncentracji elektronów swobodnych, 2. zmniejszenie koncentracji elektronów swobodnych, 3. zwiększenie ruchliwości elektronów swobodnych, 4. zmniejszenie ruchliwości elektronów swobodnych

Animacja

Dla nauczyciela

Sprawdź się