Билет 1.

Вопрос 1) Электростатика. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона(Лекция 1 вопрос 1)

В состав любого тела входят элементарные частицы, несущие электрический заряд. Заряд элементарной частицы называется элементарным. Величина элементарного заряда (квант заряда): е=1,6 10−19 Кл.

Существуют положительный и отрицательный электрические заряды. Например, электрон – отрицательно заряженная частица, протон – положительно заряженная частица. Электрический заряд – инвариантен, т. е. его величина не зависит от системы отсчета

Закон сохранения заряда (открыт Фарадеем): В любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная, т. е:

Закон Кулона: Сила взаимодействия двух точечных зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, направлена вдоль прямой линии, соединяющей эти заряды

Здесь q1 , q2 – электрические заряды тел, 0 = 8,8510−12 Ф/м – электрическая постоянная, r – расстояние между заряженными телами, r / |r| – единичный вектор (задаёт направление).

Если заряды находятся в диэлектрической среде, то

где  – диэлектрическая проницаемость среды. Она показывает во сколько раз сила взаимодействия в вакууме больше силы взаимодействия в среде:  = Fвак/F.

Вопрос 2) Контакт двух полупроводников с различным типом проводимости (p-n переход). Полупроводниковые диоды и триоды. Принцип работы диода. Прямое и обратное включение. ВАХ диода.(лекция 9 вопрос 27)

Для получения n-р перехода используют метод плавления, эпитаксиальный метод, метод ионного легирования. В образец чистого полупроводника, например, германия, вводят две примеси – донорную (мышьяк) и акцепторную (индий). В результате в одной половине образца возникает полупроводник n типа (электронная проводимость), а в другой – полупроводник р-типа (дырочная проводимость). Концентрация носителей в собственном полупроводнике составляет 1019 м−3 ; концентрация неосновных носителей составляет  1016 м−3 . Из-за большого различия в концентрации основных и неосновных носителей при Т  0 К возникают диффузионные потоки: электронов из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа и дырок из полупроводника р-типа в полупроводник n-типа. При этом область полупроводника n-типа вблизи контакта, заряжается положительно, а область полупроводника р-типа вблизи контакта заряжается отрицательно. На границе возникает двойной слой из электронов и дырок – запирающий слой.

Электрическое поле в этом запирающем слое направлено так, что противодействует дальнейшему переходу через слой основных носителей тока. 66 50 Происходит понижение уровня Ферми в полупроводнике n-типа и повышение его в полупроводнике р-типа. Процесс перехода электронов из полупроводника n-типа и дырок из полупроводника р-типа будет происходить до тех пор пока уровни Ферми не сравняются, и затем устанавливается динамическое равновесие.

Поток электронов из n (слева) в р (справа) уравновешивается потоком электронов из р (справа) в n (слева). Аналогичный процесс происходит и с дырками. Таким образом, уход электронов из приконтактного слоя полупроводника n-типа приводит к возникновению в этом слое объемного положительного заряда ионизированных атомов донорной примеси. Аналогично в полупроводнике p-типа образуется объёмный отрицательный заряд ионизированных атомов акцепторной примеси. Между этими слоями возникает контактная разность потенциалов, создающая в n-p переходе потенциальный барьер рn = WFn – WFp.

Диод – тонкий слой на границе между двумя областями одного и того же кристалла, отличающимися типом примесной проводимости или устройство, в котором величина проводимости зависит от направления электрического тока (в одном направлении ток идёт, в другом направлении нет)

Транзистор – полупроводниковый триод, кристалл с двумя p-n-переходами. Транзисторы бывают по двум схемам: p-n-p и n-p-n

Вольтамперная характеристика (ВАХ) Диоды из полупроводников имеют очень малые размеры, не требуют значительной энергии для своей работы, дешёвы, но ВАХ не линейна, они легко могут перегореть, чувствительны к внешним условиям.

БИЛЕТ 2