Вопросы к зачету по курсу
«Физические основы электронной техники»
Определение термина «Электроника». Направления развития электроники.
Основные физические явления, лежащие в основе работы электронных приборов. Краткий исторический очерк развития электронной техники.
Корпускулярно-волновые свойства света. Эффект Комптона.
Гипотеза де Бройля. Волновые свойства частиц.
Дифракция электронов. Соотношения неопределенностей Гейзенберга.
Волновое уравнение частицы. Уравнение Шредингера и его применение. Движение частиц через потенциальный барьер. Туннельный эффект. Линейный гармонический осциллятор.
Квантование энергии и момента импульса микрочастицы. Электрон в атоме водорода.
Структура и виды кристаллических решёток, их характеристики.
Обозначение узлов и направлений в кристаллах. Индексы Миллера. Дефекты решеток.
Колебания кристаллических решеток. Акустические и оптические колебания,
Корпускулярное представление колебаний решетки. Фононы.
Обобществление электронов в кристалле. Зонный характер энергетического спектра электронов в кристалле.
Зоны Бриллюэна. Число уровней в разрешённых зонах.
Заполнение зон электронами и электрические свойства твердых тел. Зонные энергетические диаграммы металлов, полупроводников и диэлектриков.
Электроны проводимости и дырки валентной зоны.
Основные свойства полупроводниковых материалов.
Генерация и рекомбинация носителей. Энергетические уровни дефектов и примесей, доноры и акцепторы, основные и неосновные носители.
Собственные и примесные полупроводники. Положение примесных уровней в полупроводниках.
Основные понятия статистической физики. Микрочастицы и макроскопические системы.
Термодинамическое и статистическое описание идеального электронного газа.
Статистика носителей зарядов в твёрдых телах. Функции распределения Максвелла–Больцмана, Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна.
Распределение Ферми–Дирака для металлов.
Положение уровня Ферми и концентрация носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках, их зависимость от температуры.
Вырожденные и компенсированные полупроводники.
Кинетические процессы в полупроводниках. Тепловое движение и его средняя скорость.
Дрейфовое движение, подвижность носителей заряда и ее зависимость от температуры и концентрации примесей.
Плотность дрейфового тока, удельная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры и концентрации примесей.
Движение носителей в сильных электрических полях, зависимость дрейфовой скорости от напряженности электрического поля для различных полупроводников.
Диффузионное движение носителей, коэффициент диффузии, плотность диффузионного тока. Соотношение Эйнштейна.
Уравнение непрерывности. Неравновесные носители заряда, время жизни и механизмы рекомбинации. Диффузионная длина.
Возникновение отрицательной дифференциальной проводимости в однородных полупроводниках под действием сильного поля. Эффект Ганна.
Эффект Холла.
Поверхностные энергетические состояния, особенности движения носителей вблизи поверхности, поверхностная рекомбинация. Полупроводник во внешнем электрическом поле, длина экранирования.
Обедненный, обогащенный и инверсионный слои.
Работа выхода электронов из металла и полупроводника.
Контакт металл-металл. Эффект Зеебека.
Контакт металл-полупроводник: выпрямляющий (барьер Шотки) и невыпрямляющий (омический) контакты; физические процессы, вольт-амперная характеристика (ВАХ), энергетические диаграммы
Контактные явления в полупроводниках. Физические процессы в электронно-дырочном переходе.
Образование обедненного слоя в электронно-дырочном переходе , условие равновесия. Уравнение Пуассона.
Энергетическая диаграмма, распределение потенциала, напряженности электрического поля и объемного заряда в переходе. Высота потенциального барьера и ширина перехода.
Симметричный и несимметричный переход. Характеристики, параметры и свойства электронно-дырочного перехода.
Туннельный эффект в электронно-дырочном переходе.
Гетеропереходы: энергетическая диаграмма, особенности физических процессов и ВАХ.
Структура металл-диэлектрик-полупроводник. Вольт-фарадные характеристики.
Фотопроводимость полупроводников. Фотоэлектрические эффекты в p-n-переходе. Влияние светового потока на ВАХ p-n-перехода.
Виды генерации оптического излучения.
Инжекционная люминесценция. Излучательная рекомбинация. Внутренняя квантовая эффективность полупроводникового излучателя. Внешняя квантовая эффективность.
Светодиоды.
Энергетические спектры атомов, молекул и твердых тел. Квантовые переходы.
Нормальное и возбужденное состояние системы; понятие о спонтанных переходах и спонтанном излучении. Понятие об индуцированном (вынужденном) излучении и поглощении.
Методы создания инверсии населенностей.
Спектральные свойства активной среды. Ширина спектральной линии, причины ее уширения. Усиление и генерация оптического излучения. Оптические резонаторы.
Активные среды лазеров. Общие особенности и характеристики лазерного излучения.
Виды электронной эмиссии: автоэлектронная, взрывная, термоэлектронная, автоэлектронная, фотоэлектронная, вторичная электронная. Термоэлектронные катоды.
Движение электронов в электрических и магнитных полях.
Основные понятия электронной оптики. Электростатические и магнитные линзы.
Токопрохождение в вакууме. Конвекционный, наведенный и полный ток.
Электрический разряд в газах. Возбуждение и ионизация атомов газа. Виды разрядов: несамостоятельный и самостоятельный, тлеющий, дуговой. Основные свойства и характеристики разрядов.
Перспективные направления развития электроники: функциональная электроника, оптоэлектроника, акустоэлектроника, криоэлектроника, магнитоэлектроника, наноэлектроника.
|
