Физические основы электроники

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Факультет вечернего и заочного обучения
Е.И. Бочаров
Физические основы электроники
Программа, контрольное задание и методические указания
200900, 201000, 201100
Санкт-Петербург
2003

Стоимость выполнения контрольной работы на заказ составляет ... рублей.

Бочаров Е.И., Павлов В.М., Першин Ю.М.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Контрольное задание
и методические указания к его выполнению
для студентов заочной формы обучения
Основная профессиональная образовательная программа
210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Квалификация бакалавр

Стоимость выполнения контрольной работы по физическим основам электроники составляет ... руб.
Контрольное задание состоит из трех частей (трех самостоятельных заданий)

Вариант 01

Задание 1
Задача 1.1

В полупроводнике n-типа концентрация атомов донорной примеси составляет N_д = 10¹⁶ см^-3, Т = 300 К.
Определить концентрации основных и неосновных носителей зарядов n_n и p_n и положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны Е_Fn - E_i
Исходные данные:
Материал полупроводника - GaAs.

Задание 2
Задача 2.3

Контактная разность потенциалов в резком p-n-переходе φ_к0 = 0,7 В. Удельная электрическая проводимость p-области σ_р = 1 См/см, Т = 300 К. Определить ширину перехода Δ₀ и отношение ширины участков перехода, лежащих в n- и р-областях Δ_n/Δ_p.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Ge
Диф. длина электронов L_n = 0,017 см
Диф. длина дырок L_р = 0,01 см
Площадь перехода S = 0,001 см²
Подвижность дырок μ_p = 1900 см²/В·с
Собственная концентрация носителей заряда n_i = 2,4·10¹³

Задание 3
Задача 3.1

Биполярный транзистор n-p-n структуры включен по схеме ОЭ имеет параметры:
сквозной тепловой ток I₀ = 10^-14 А
коэффициент передачи тока базы β = 150
инверсный коэффициент передачи тока базы β₁ = 3.
Заданы напряжения между электродами U_БЭ = 0,75 В, U_КЭ = 0,70 В.
Определить в каком режиме работает транзистор.
Рассчитать токи в цепях эмиттера i_э , коллектора i_к и базы i_б.
Рассчитать токи i_э, i_к и i_б при увеличении напряжения U_бэ на 50 мВ.

Вариант 10

Задание 1
Задача 1.11

Полупроводник находится под стационарным внешним воздействием, выражающемся в инжекции в него электроном в сечение х_р. Диффузионная длина электронов L_n = 0,01 см.
Определить относительное уменьшение концентрации избыточных электронов на расстоянии х от места их введения Δn(х + х_p)/Δn(х_p)
Исходные данные:
Материал полупроводника – Ga As
Расстояние х = 0,08 см

Задание 2
Задача 2.3

Контактная разность потенциалов в резком p-n-переходе φ_к0 = 0,7 В. Удельная электрическая проводимость p-области σ_р = 1 См/см, Т = 300 К. Определить ширину перехода Δ₀ и отношение ширины участков перехода, лежащих в n- и р-областях Δ_n/Δ_p.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Ge
Диф. длина электронов L_n = 0,017 см
Диф. длина дырок L_р = 0,01 см
Площадь перехода S = 0,002 см²
Подвижность дырок μ_p = 1900 см²/В·с
Собственная концентрация носителей заряда n_i = 2,4·10¹³

Задание 3
Задача 3.4

Полевой транзистор с каналом n-типа, включенный по схеме ОИ, имеет параметры:
удельная крутизна b, пороговое напряжение U_пор. Заданы напряжения между электродами U_зи и U_си.
Определить в каком режиме работает транзистор. Рассчитать ток стока i_с. Рассчитать ток стока при увеличении напряжения U_зи на 0,4 В.
Исходные данные:
Удельная крутизна b = 10 мА/В²
Пороговое напряжение U _пор = -8,0 В
Напряжение между электродами U_ЗИ = -4,0 В; U_СИ = 8,0 В

Вариант 16

Задание 1
Задача 1.4

В полупроводнике р-типа уровень Ферми Е_Fp расположен на 0,25 эВ ниже середины запрещенной зоны Е_i.
Т = 300 К
Определить концентрации основных и неосновных носителей заряда n_р и p_р.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Ge

Задание 2
Задача 2.6

Обратный тепловой ток резкого p-n-перехода I₀ = 10^-12 А, сопротивление тела базы равно r’_Б, Т = 300 К.
Рассчитать и построить на графике прямую ветвь ВАХ p-n-перехода в интервале токов i = 0…20 мА. Провести ее кусочно-линейную аппроксимацию и определить пороговое напряжение U. Определить смещение прямой ветви ВАХ вдоль оси напряжений Δ _u при изменении температуры на ΔТ.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Si
Диф. длина электронов L_n = 0,030 см
Диф. длина дырок L_р = 0,02 см
Площадь перехода S = 0,002 см²
Сопротивление тела базы r’_Б = 50 Ом
Изменение температуры ΔТ = -10 К

Задание 3
Задача 3.5

Полевой транзистор с каналом n-типа, включенный по схеме ОИ, имеет параметры: удельная крутизна b, пороговое напряжение U_пор. Задано напряжение U_си.
Рассчитать и построить на графике управляющую характеристики транзистора i_с = f(U_зи). Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_зи, соответствующем изменению тока i_с = 0…20 мА.
Исходные данные:
Удельная крутизна b = 7 мА/В²
Пороговое напряжение U_пор = 4,0 В
Напряжение между электродами U_СИ = 8,0 В

Вариант 18

Задание 1
Задача 1.5

В полупроводнике n-типа концентрация атомов донорной примеси составляет N_Д = 10¹⁷см^-3, Т = 300 К.
Определить удельное сопротивление полупроводника ρ_n и его отношение к удельному сопротивлению собственного проводника ρ_n/ρ_i.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Ge

Задание 2
Задача 2.4

Отношение ширины участков резкого p-n-перехода, лежащего в n- и p-областях Δ_n/Δ_p = 0,1.
Удельная электрическая проводимость p-области σ_р = 10 См/см, Т = 300 К.
Определить контактную разность потенциалов φ_к0 и ширину перехода Δ₀ в равновесном состоянии (u = 0).
Исходные данные:
Материал полупроводника – Si
Диф. длина электронов L_n= 0,015 см
Диф. длина дырок L_р= 0,01 см
Площадь перехода S = 0,004 см²

Задание 3
Задача 3.5

Полевой транзистор с каналом n-типа, включенный по схеме ОИ, имеет параметры: удельная крутизна b, пороговое напряжение U_пор. Задано напряжение U_си.
Рассчитать и построить на графике управляющую характеристики транзистора i_с = f(U_зи). Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_зи, соответствующем изменению тока i_с = 0…20 мА.
Исходные данные:
Удельная крутизна b = 9 мА/В²
Пороговое напряжение U_пор = 5,0 В
Напряжение между электродами U_СИ = 6,0 В

Вариант 19

Задание 1
Задача 1.2

В полупроводнике n-типа уровень Ферми Е_Fn расположен на 0,25 эВ выше середины запрещенной зоны Е_i. Т = 300 К.
Определить концентрации основных и неосновных носителей заряда n_n и p_n.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Gе

Задание 2
Задача 2.8

Концентрации атомов донорной и акцепторной примесей в областях полупроводника, образующих резкий p-n-переход, равны N_Д = 10¹⁸ см^-3 и N_А = 10¹⁶ см^-3. Площадь перехода равна S, время жизни неравновесных электронов τ _n = 10^-6 с, Т = 300 К.
Определит обратный тепловой ток перехода I₀, дифференциальное сопротивление r_pn и диффузионную емкость перехода С_диф при прямом токе i = 10 мА.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Si
Диф. длина электронов L_n= 0,030 см
Диф. длина дырок L_р= 0,02 см
Площадь перехода S = 0,002 см²

Задание 3
Задача 3.2

Биполярный транзистор n-p-n-структуры, включенный по схеме ОЭ, имеет параметры: сквозной тепловой ток I₀, коэффициент передачи тока базы β. Задано напряжение U_кэ. Рассчитать и построить на графике входную i_б = f (U_бэ) и управляющую i_к = f (U_бэ ) характеристики транзистора. Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_бэ, соответствующем изменению тока i_к = 0…20 мА.
Исходные данные:
Тепловой ток I₀ = 1,2·10^-13 А
Коэффициенты передачи тока базы β = 70
Напряжение между электродами U_КЭ = 12,0 В

Вариант 20

Задание 1
Задача 1.9

Время жизни неравновесных электронов в полупроводнике, находящемся под внешним воздействием, τ_n = 10^-6 с.
Определить относительное уменьшение концентрации избыточных электронов за время t после выключения внешнего воздействия Δn(t)/Δn(0)
Исходные данные:
Материал полупроводника – Ge
Время t = 2·10^-6 c

Задание 2
Задача 2.7

Концентрации атомов донорной и акцепторной примесей в областях полупроводника, образующих резкий p-n-переход, равны N_Д = 10¹⁷ см^-3 и N_А = 10¹⁴ см^-3. Площадь перехода равна S, Т = 300 К.
Определит обратный тепловой ток перехода I₀, барьерную емкость перехода С_б при подаче на переход обратного напряжения u = 5 В.
Исходные данные:
Материал полупроводника – Si
Диф. длина электронов L_n = 0,045 см
Диф. длина дырок L_р = 0,03 см
Площадь перехода S = 0,001 см²

Задание 3
Задача 3.5

Полевой транзистор с каналом n-типа, включенный по схеме ОИ, имеет параметры:
удельная крутизна b, пороговое напряжение U_пор. Задано напряжение U_си.
Рассчитать и построить на графике управляющую характеристики транзистора i_с = f(U_зи). Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_зи, соответствующем изменению тока i_с = 0…20 мА.
Исходные данные:
Удельная крутизна b = 11 мА/В²
Пороговое напряжение U _пор = 6,0 В
Напряжение между электродами U _СИ = 9,0 В