Материалы и элементы электронной техники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Ивановский государственный химико-технологический университет»
Факультет неорганической химии и технологии
Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники
Учебно-методический комплекс по дисциплине
«МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ»
Направление подготовки
Специальность
210100 «Электроника и микроэлектроника»
210104 Микроэлектроника и твердотельная
электроника
Квалификация (степень) Бакалавр, инженер
Форма обучения
очная
Составитель: д.ф-м.н., профессор Титов В.А.
Иваново, 2011
Дисциплина «МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ» входит в
цикл
общепрофессиональных
дисциплин
направления
210100
«Электроника
и
микроэлектроника» и специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная
электроника».
Выписка из Государственного образоватнльного стандарта направления 210100
«Электроника и микроэлектроника» и специальности 210104 «Микроэлектроника и
твердотельная электроника»
ОПД. Ф. 02. 01
Материалы и элементы электронной техники:
общая
классификация
материалов
по
200
составу,
свойствам и техническому назначению; физическая
природа
электропроводности
металлов,
сплавов,
полупроводников, диэлектриков и композиционных
материалов; сверхпроводящие металлы и сплавы;
характеристика проводящих и резистивных материалов
во взаимосвязи с их применением в электронной
технике;
характеристика
и
основные
физико-
химические, электрические и оптические свойства
элементарных полупроводников, полупроводниковых
соединений и твердых растворов на их основе;
примеры реализации полупроводниковых структур в
приборах
и
устройствах
электроники;
основные
физические процессы в диэлектриках (поляризация,
пробой, диэлектрические потери) и способы их
описания; активные и пассивные диэлектрические
материалы и элементы на их основе; магнитные
материалы и элементы общего назначения; методы
исследования материалов и элементов электронной
техники.
2
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ».
Курс 3, Семестр 5; Экзамен 5 сем, Зачет - 5 сем.
Всего часов по дисциплине: 200
Аудиторные занятия: 95 часов.
Лекции - 38 часов
Лабораторно-практические занятия - 57 часов
Самостоятельная работа - 105 часов
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
Целями освоения дисциплины являются изучение основ строения материалов и физики
происходящих в них явлений, характеристик материалов электронной и микроэлектронной
техники; формирование навыков экспериментальных исследований свойств материалов. Это
одна из основных дисциплин профиля, ибо без знания физико-химических характеристик
материалов и протекающих в них физических процессов невозможны сознательные и
эффективные подходы к разработке изделий электронной техники и к организации
технологических процессов.
1.2. ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.
Формирование у будущих специалистов принципов физического и инженерного подхода к
оценке возможностей использования материалов в конкретных элементах и устройствах
электронной техники.
1.3. ТРЕБОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Выпускник должен: иметь представление:
- о месте и роли новых материалов электронной техники в развитии науки, техники и
технологии;
- о классификации материалов по свойствам и техническому назначению;
- об основных эксплуатационных характеристиках материалов при использовании их в
современной электронной аппаратуре.
знать и уметь использовать:
- физическую сущность процессов, протекающих в проводниковых, полупроводниковых,
диэлектрических и магнитных материалах в различных условиях их эксплуатации;
- методы оценки основных свойств материалов электронной техники;
- справочный аппарат для выбора требуемых материалов для конкретных устройств;
иметь навыки (опыт)
- использования правильной терминологии, определений, обозначений и единиц измерения
величин для описания характеристик материалов электронной техники и областей их
применения;
- экспериментального исследования основных характеристик материалов и элементов
электронной техники.
1.4. Распределение часов по темам и видам учебной работы
№
Модуль дисциплины
Лекции Практические Лабораторные
п/п
занятия
занятия
1
Общие сведения о материалах
6
4
10
электронной техники
2
Проводники
8
4
10
3
Полупроводники
12
4
10
4
Диэлектрики и магнитные
12
4
11
материалы
ИТОГО:
38
16
41
Самост.
работа
26
26
26
27
105
3
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Учебные модули)
2.1. Модуль 1. Общие сведения о материалах электронной техники.
2.1.1. Лекционный материал: 6 часов.
Общая классификация материалов по составу, свойствам и техническому назначению.
Особенности внутреннего строения твердых тел: моно- и поликристаллы, аморфные твердые
вещества. Понятие о полиморфизме. Дефекты твердых тел: классификация, происхождение,
влияние на свойства твердых тел. Виды химической связи в твердых телах.
2.1.2. Лабораторные занятия: 10 часов:
- определение кристаллографической ориентации монокристаллов металлографическим
методом.
- исследование структурных дефектов полупроводниковых пластин методом селективного
травления.
2.1.3. Практические занятия (4 часа).
- описание структуры кристаллов
- индексация плоскостей и направлений в кристаллах
- расчеты макроскопических характеристик кристаллов по параметрам элементарной ячейки.
- контрольная работа по модулю.
2.1.4. Самостоятельная работа (26 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ,
оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному
письменному экзамену.
2.2. Модуль 2. Проводники.
2.2.1. Лекционный материал: 8 часов.
Физическая природа электропроводности металлов и сплавов. Температурная
зависимость удельного сопротивления металлов. Сверхпроводимость и ее применение в науке и
технике. Влияние структурных дефектов на удельное сопротивление металлов.
Электропроводность металлов в тонких слоях. Контактная разность потенциалов, термо-ЭДС и
термопары.
Металлы
высокой
проводимости.
Материалы
высокотемпературной
сверхпроводимости. Металлы с повышенным удельным сопротивлением.
2.2.2. Лабораторные занятия: 10 часов:
- определение удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления
металлов.
- измерение термо-эдс металлических термопар.
2.2.3. Практические занятия (4 часа).
- температурная зависимость электропроводности металлов, электрические свойства металлов и
сплавов, термоЭДС в металлах и термопары.
- контрольная работа по модулю.
2.2.4. Самостоятельная работа (26 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ,
оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному
письменному экзамену.
2.3. Модуль 3. Полупроводники.
2.3.1. Лекционный материал: 12 часов.
Собственные и примесные полупроводники, их энергетические диаграммы.
Температурная зависимость электропроводности полупроводников. Генерация и рекомбинация
неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Эффект Холла в полупроводниках.
Электропроводность полупроводников в сильном электрическом поле. Оптические свойства
полупроводниковых материалов. Методы очистки и выращивания полупроводниковых
кристаллов. Понятие об эпитаксии, виды эпитаксии. Основные физико-химические,
электрические и оптические свойства свойства германия и кремния, полупроводниковых
химических соединений и твердых растворов на основе полупроводниковых соединений.
особенности технологии и область применения.
2.3.2. Лабораторные занятия: 10 часов:
4
- определение ширины запрещенной зоны полупроводника по температурной зависимости
электропроводности;
- определение удельного сопротивления полупроводника четырехзондовым методом;
определение типа проводимости полупроводника по знаку термо-эдс;
- исследование эффекта Холла в полупроводниках;
- определение времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках;
2.3.3. Практические занятия (4 часа).
- электрические свойства собственных и примесных полупроводников, температурные
зависимости равновесных концентраций носителей заряда, положения уровня Ферми, удельной
электропроводности;
- генерация неравновесных носителей заряда под действием света, кинетика рекомбинации
неравновесных носителей, понятие о диффузионной длине носителей заряда;
- свойства и применение полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе;
2.3.4. Самостоятельная работа (26 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ,
оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному
письменному экзамену.
2.4. Модуль 4. Диэлектрики и магнитные материалы.
2.4.1. Лекционный материал: 12 часов.
Поляризация, виды поляризации диэлектриков. Электропроводность диэлектриков.
Диэлектрические потери. Пробой диэлектриков. Пассивные диэлектрики. Конденсаторные и
изоляционные материалы. Активные диэлектрики. Основные методы исследования
диэлектриков и определения их параметров.
Классификация веществ по отношению к магнитному полю. Физическая природа
ферромагнетизма. Намагничивание ферромагнетика. Потери энергии в ферромагнетиках.
Магнитотвердые и магнитомягкие материалы. Ферриты. Материалы для магнитной записи
информации.
2.4.2. Лабораторные занятия: 11 часов:
- определение диэлектрической проницаемости диэлектриков;
- определение тангенса угла диэлектрических потерь материалов;
- исследование оптических характеристик стекол;
2.4.3. Практические занятия (4 часа).
- электрические свойства пассивных диэлектриков; свойства и применение активных
диэлектриков;
- свойства и применение магнитных материалов.
2.4.4. Самостоятельная работа (27 часов). Обработка и анализ результатов лабораторных работ,
оформление отчетов, подготовка к коллоквиумам, практическим занятиям, промежуточному
письменному экзамену.
3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ:
3.1. Коллоквиумы по блокам лабораторных модулей, всего 4 коллоквиума.
3.2. Контрольные работы - письменные экзамены или тестирование по блокам модулей,
всего 4.
3.3. Одна расчетно-аналитическая работа или реферат по материалу одного или
нескольких модулей в рамках самостоятельной работы, объем выполнения - 12 часов.
4. Темы практических занятий.
Тематика практических занятий соответствует названиям модулей дисциплины,
основные вопросы, выносимые на практические занятия, приведены в рабочей программе
дисциплины.
5. Комплект заданий и задач для практических занятий
Для практических занятий используются вопросы, задания и задачи из пособий [3, 4].
6. Лабораторный практикум
Перечень лабораторных работ по каждому модулю курса приведен в рабочей программе и
в лабораторном практикуме [4].
5
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.1. ЛИТЕРАТУРА
Основная литература:
1. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники.- СПб.: Лань, 2001.- 367 с.
2. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для
вузов.- М.: Высшая школа, 1982.- 608 с.
3. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники: Задачи и
вопросы. Учеб. пособие для вузов по специальностям электронной техники. - СПб.: Лань, 2001,208 с.
4. Электронное материаловедение. Лабораторный практикум. Под ред. В.А. Титова. Иваново,
Изд. ИГХТУ, 2003, - 108 с.
5. Физические методы исследования материалов электронной техники. Учебное пособие.
Ставрополь: Изд-во Сев-Кавказ. ГТУ, 2002, 429 с.
Дополнительная литература:
6. Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники: задачи и вопросы: - М.: Высш.шк.,
1990. - 208 с.
7. Рыбкин В.В., Титов В.А., Смирнов С.А. Физика твердого тела: учеб. Пособие. / ИГХТУ –
Иваново, 2010. – 200 с.
8. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учеб. для студ. вузов. – М.:
Высшая школа, 1986. – 367 с.
7.2. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины
Перечень лабораторного оборудования и оргтехники, используемых при проведении
лабораторного практикума
При проведении лабораторного практикума используется дисплейный класс кафедры (10
ПЭВМ типа Pentium), а так же стенды и установки для исследования
- кристаллографической ориентации полупроводниковых пластин и выявления
структурных дефектов
- удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления
проводников
- термоэлектрических явлений в проводниках
- типа проводимости полупроводников по знаку термоЭДС
- удельного сопротивления полупроводников четырехзондовым методом
- температурной зависимости электропроводности полупроводников
- времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках
- фотопроводимости полупроводников
- эффекта Холла в полупроводниках
- диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в
диэлектриках
- оптических характеристик стекол
Перечень оборудования на каждой установке приводится в описаниях к лабораторным работам
[4].
Информационное обеспечение дисциплины
Информационное обеспечение дисциплины включает в себя типовые программные
средства, доступ студентов к сети Интернет из дисплейного класса.
Специализированное программное обеспечение состоит из расчетных программ, перечень
которых приведен ниже, обучающее - контролирующих материалов (тренировочные и
контрольные тесты по каждому модулю; текст лекций с контрольными вопросами для
самопроверки) и базы данных по вакуумным и газоразрядным приборам.
Перечень расчетных программ:
- программа «MNK» для обработки результатов, полученных при выполнении лабораторных
работ
- программа «Origin» для построения графиков и обработки результатов измерений
6
Карта обеспеченности дисциплины учебной и методической литературой
Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой по дисциплине
№
п/п
Авторы, название, место издания, издательство, год издания, количество
страниц
1
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники.- СПб.:
Лань, 2001.- 367 с.
Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной
техники:Учеб.для вузов.-М.:Высшая школа,1982.-608 с.
Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной
техники: Задачи и вопросы. Учеб. пособие для вузов по специальностям
электронной техники. - СПб.: Лань, 2001,-208 с.
Электронное материаловедение. Лабораторный практикум. Под ред.
В.А. Титова. Иваново, Изд. ИГХТУ, 2003, - 108 с.
Физические методы исследования материалов электронной техники.
Учебное пособие. Ставрополь: Изд-во Сев-Кавказ. ГТУ, 2002, 429 с.
Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники: задачи и вопросы:
- М.: Высш.шк., 1990. - 208 с.
Рыбкин В.В., Титов В.А., Смирнов С.А. Физика твердого тела: учеб.
Пособие. / ИГХТУ – Иваново, 2010. – 200 с.
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учеб.
для студ. вузов. – М.: Высшая школа, 1986. – 367 с.
2
3
4
5
6
7
8
Вид издания
(учебник, уч.
пособие, и т.д.)
Категория
(Основная,
дополнительная)
Учебник.
основная
Учебник,
основная
Уч. пособие,
основная
Уч. пособие,
основная
Уч. пособие,
основная
Уч. пособие.
дополнительная
Уч. пособие.
дополнительная
Учебник
дополнительная
Кол-во
обучающихся,
одновременно
изучающих
данную
дисциплину
25
Кол-во
экземпляров
в библиотеке
Кол-во
экз. на
1 обуч.
40
1,6
7
0,28
35
1,4
50
2
25
1
4
1,6
75
3
25
1
7
Методические указания студентам
Эффективное освоение дисциплины требует базовых знаний по циклам естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин. При изучении дисциплины студентам
рекомендуется использовать не только литературу, приведенную в списке основной, но и
материалы, представленные в Интернете, периодическую литературу, материалы Российских и
международных конференций по данной тематике.
Методические указания преподавателям
Практические занятия по дисциплине и программа их проведения
Цель практических занятий – закрепление теоретического материала и выработка у студентов
умения решать задачи по практическим аспектам учебной дисциплины.
В соответствии с рабочей программой на практические занятия отводится 16 часов – по 4 часа
на каждый модуль дисциплины. На первом занятии преподаватель доводит до студентов
порядок и график проведения занятий, максимальное количество баллов, которое может
набрать студент по каждому модулю в соответствии с принятой в университете рейтинговой
системой со 100-балльной шкалой оценок
Практические занятия по дисциплине строятся следующим образом:
1. Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть
рассмотрены).
2. Беглый опрос.
3. Решение 1-2 типовых задач у доски.
4. Самостоятельное решение задач.
5. Разбор типовых ошибок при решении, объявление оценок по модулю.
Задания и задачи для самостоятельного решения на практическом занятии могут быть
дифференцированы по степени сложности. При этом можно использовать два пути:
1. Давать определенное количество задач для самостоятельного решения, равных по
трудности, а оценку ставить за количество решенных за определенное время задач.
2. Выдавать задания с задачами разной трудности и оценку ставить за трудность решенной
задачи.
По результатам самостоятельного решения задач следует выставлять по каждому
занятию оценку. Оценка предварительной подготовки студента к практическому занятию
может быть сделана путем экспресс-тестирования (тестовые задания закрытой формы) в
течение 5, максимум - 10 минут. Таким образом, на каждом занятии каждому студенту
выставляются по крайней мере две оценки.
Лабораторные занятия по дисциплине и порядок их проведения
Лабораторный практикум выполняется в соответствии с графиком и календарным планом,
которые составляются на каждый учебный год. С содержанием и планом прохождения
практикума, требованиями к выполнению работ, ведению лабораторного журнала и
оформлению отчетов студенты знакомятся на первом вводном занятии. На этом же занятии
проводится инструктаж по технике безопасности при работе в лаборатории и выдаются задания
на выполнение первой лабораторной работы.
Лабораторные работы выполняются либо индивидуально, либо бригадами в составе не
более двух студентов.
Необходимая для выполнения работы теоретическая информация, схемы установок,
результаты измерений и их предварительной обработки заносятся в индивидуальный
лабораторный журнал, который ведется в отдельной тетради. По окончании каждой
лабораторной работы журнал подписывается преподавателем.
В конце занятия студент должен получить индивидуальное задание для подготовки к
очередной лабораторной работе.
Подготовка к выполнению лабораторной работы включает в себя:

изучение теоретического материала по краткому теоретическому введению, конспектам
лекций и учебной литературе, указанной в конце практикума;
 выяснение идеи метода измерений и принципов работы измерительной установки;
 выделение всех измеряемых в процессе работы величин и процедур их дальнейшей
обработки для достижения конечной цели работы.
В лабораторный журнал в процессе подготовки к работе необходимо занести следующее:
 название лабораторной задачи;
 цель работы;
 в нескольких фразах сформулировать идею метода измерений;
 привести основные расчетные формулы;
 изобразить схему экспериментальной установки с указанием основных элементов;
 привести перечень измеряемых в ходе работы величин, их обозначения и размерности.
Перед каждой работой студент проходит краткое собеседование с преподавателем для
выяснения уровня готовности к выполнению задачи. Результаты собеседования учитываются
при выставлении оценки за выполнение работы.
В процессе выполнения работы необходимо:
 изучить
экспериментальную
установку,
правила эксплуатации
конкретных
измерительных приборов;
 указать на схеме в лабораторном журнале марки используемых измерительных
приборов;
 составить план проведения измерений и согласовать его с преподавателем;
 подготовить в лабораторном журнале таблицы для записи результатов измерений;
 выполнить все запланированные измерения, включая опыты, направленные на проверку
воспроизводимости результатов. При этом результаты измерений заносятся в
лабораторный журнал без каких-либо преобразований и расчетов.
 произвести обработку результатов; построить графики (если это необходимо);
предъявить результаты измерений и расчетов преподавателю. Все расчеты заносятся в
лабораторный журнал.
Оформление отчета. Отчет о работе предоставляется на следующем после выполнения
данной лабораторной задачи занятии. Он оформляется не в лабораторном журнале, а на
отдельных листах. Отчет должен включать в себя название работы; ее цель; краткое
теоретическое введение; схему экспериментальной установки с указанием типов
измерительных приборов; первичные результаты измерений в виде таблиц; графики;
отражающие полученные зависимости; результаты обработки первичных данных и примеры
вычислений; выводы; список использованной литературы. Полученные в работе результаты
следует сравнить с данными, представленными в приложениях к практикуму или в
соответствующих справочниках. Каждый отчет должен быть подписан автором.
После проверки отчета преподавателем студент сдает коллоквиум по выполненной работе,
на котором обсуждаются как теоретические вопросы, так и процедуры измерений и обработки
результатов, анализируются источники погрешностей.
По итогам каждой лабораторной работы преподаватель выставляет оценку,
учитывающую предварительную подготовку, объем и качество экспериментальной части
работы, глубину обсуждения результатов и качество отчета.
"Удовлетворительно" выставляется при выполнении работы по стандартной схеме и
удовлетворительном знании основных закономерностей изучаемого явления.
"Хорошо" выставляется при наличии творческого, тщательно продуманного плана
работы, качественного выполнения экспериментальной части, детального анализа полученных
результатов и хороших знаний изучаемого вопроса.
"Отлично" требует нестандартного подхода к выполнению работы, включения в нее
элементов исследования, компьютерной обработки результатов.
9
Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения промежуточных и
итоговых аттестаций
График текущего и промежуточного контроля
Модуль 1
Коллоквиум по лабораторным работам – 2, 3 неделя
Контрольная работа по модулю – 5 неделя
Модуль 2
Коллоквиум по лабораторным работам – 6, 7 неделя
Контрольная работа по модулю – 9 неделя
Модуль 3
Коллоквиум по лабораторным работам – 10, 11 неделя
Контрольная работа по модулю – 12 неделя
Модуль 4
Коллоквиум по лабораторным работам – 13, 14 неделя
Контрольная работа по модулю – 15 неделя
Порядок оценки работы студентов
Семестровая работа оценивается накопительно (с последующим приведением к 50 баллам).
Лабораторная работа (общий балл – 15): Отчёт
10
Защита
5
Контрольная работа (общий балл – 25):
Тестирование
10
Решение 2-х задач
10
Теоретический вопрос
5
Самостоятельная расчетная работа –
5
Студент также может получить дополнительные баллы
- за самостоятельную работу (решение домашних задач),
- за работу на практических занятиях,
- досрочное предоставление отчёта, самостоятельность, проявленную при его оформлении.
4.2. Комплект заданий для самостоятельной работы, тематика рефератов по
дисциплине
Самостоятельная работа по дисциплине организуется следующим образом:
- выполнение домашних расчетных или расчетно-аналитических заданий, приведенных в
учебных пособиях или выдаваемых преподавателем индивидуально;
- поиск данных в Интернет для пополнения имеющейся на кафедре базы;
- написание реферата.
Примерная тематика рефератов приведена ниже. При подготовке реферата
рекомендуется
использовать
современную
периодическую
литературу
и
специализированные сайты Интернет.
Для самостоятельной работы используются вопросы, задания и задачи, приведенные в
перечисленных ниже учебных пособиях:
1. Титов В.А., Рыбкин В.В., Соколов В.Ф. Электронное материаловедение. Иваново, 2003.
107 с.
2. Антипов Б.Л. Материалы электронной техники: Задачи и вопросы. - СПб.: Лань, 2001. 208 с.
3. Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники: Задачи и вопросы :Учеб. пособие для
вузов / Антипов Б.Л., В.С. Сорокин, В.А.Терехов; М.: Высшая школа, 1990. - 208 с.
Примерные темы рефератов и докладов:
1. Методы исследования структуры кристаллов (рентгеновская дифракция, электронная
дифракция).
2. Методы исследования состава поверхности и тонких пленок (обратное рассеяние быстрых
ионов, ВИМС, оже-электронная спектроскопия).
3. Методы получения тонких проводящих пленок в технологии изделий микроэлектроники.
4. История открытия и исследования сверхпроводимости, применение сверхпроводников.
5. Высокотемпературные сверхпроводники и перспективы их применения.
10
6. История изучения полупроводниковых материалов.
7. Методы выращивания монокристаллов.
8. Понятие об эпитаксии, методы получения эпитаксиальных пленок.
9. Эффект Холла и его использование для изучения свойств материалов.
10. Эффект Ганна и приборы на его основе.
11. Аморфные полупроводники и приборы на их основе.
12. Органические полупроводники и возможности их применения в электронной технике.
13. Широкозонные полупроводники и приборы на их основе.
14. Понятие о гетеропереходах. Создание гетеропереходов и их применение в приборах.
15. Материалы для преобразования световой энергии в электрическую.
16. Твердые растворы на основе полупроводниковых соединений А3В5 и их применение.
17. Свойства и применение полупроводниковых соединений А2В6.
18. Материалы для оптоэлектроники.
19. Пористый кремний: получение и применение.
20. Материалы для полупроводниковых лазеров.
21. Квантовые ямы, нити и точки: что это такое?
22. Полимерные диэлектрики для новых приборов электронной техники.
23. Ситаллы и их применение в изделиях электронной техники.
24. Стекло как активная среда для генерации лазерного излучения.
25. Углеродные нанотрубки: свойства, получение и применение в электронных приборах.
26. Жидкие кристаллы и их применение в системах отображения информации.
27. Материалы для акустоэлектрических приборов.
28. Материалы для волоконно-оптических линий связи.
29. Пьезоэлектрическая керамика и ее применение.
30. Материалы для магнитоэлектроники.
4.3. Комплект контрольно-измерительных материалов для текущего, промежуточного
и итогового контроля
Контроль знаний студентов на всех этапах осуществляется путем компьютерного
тестирования. Комплект тестовых заданий по дисциплине состоит из 160 заданий – в
основном закрытого типа. Выдаваемый каждому студенту индивидуальный тест включает 20
заданий по каждому модулю и генерируется с помощью специальной программы. Время
проведения тестирования рассчитывается исходя из двух минут на одно задание. Примеры
контрольных тестовых вопросов и заданий приведены ниже.
Примеры тестовых заданий для контроля учебных достижений студентов
Модуль 1
Какие из приведенных ниже высказываний справедливы по отношению к
монокристаллам:
А – Монокристаллы характеризуются дальним порядком в расположении структурных
единиц, который распространяется на весь объем
Б. – Монокристаллы изотропны
В. – Монокристаллы анизотропны
Г. – Монокристаллы характеризуются только ближним порядком при отсутствии
дальнего порядка в расположении структурных единиц
Д. – Монокристаллы не содержат структурных дефектов в объеме.
Какие из приведенных ниже высказываний справедливы по отношению к аморфным
телам:
А – Аморфные тела характеризуются дальним порядком в расположении структурных
единиц, распространяющимся на весь объем
Б. – Аморфные тела изотропны
В. – Аморфные тела анизотропны
11
Г. – Аморфные тела характеризуются только ближним порядком при отсутствии
дальнего порядка в расположении структурных единиц
Д. – Аморфные тела не характеризуются определенной температурой плавления.
Какие из приведенных ниже утверждений справедливы по отношению к
поликристаллическим телам:
А. – Поликристаллы анизотропны.
Б. – Поликристаллы изотропны.
В. – Поликристаллы нельзя охарактеризовать определенной температурой плавления.
Г. – В поликристаллических телах в пределах каждого зерна существует дальний порядок
в расположении структурных единиц, который нарушается на границах зерен.
Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в кристалле кремния?
А–1
Б–4
В–8
Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в кристалле хлорида натрия?
А – 12
Б–4
В–8
Сколько атомов мышьяка приходится на элементарную ячейку в монокристалле GaAs?
А – 12
Б–4
В–8
Сколько атомов приходится на элементарную ячейку кристалла структурного типа
алмаза?
А – 12
Б–4
В–8
Сколько атомов приходится на элементарную ячейку кристалла структурного типа
сфалерита?
А – 12
Б–4
В–8
Как связана поверхностная плотность упаковки атомов в плоскости (100) монокристалла
Si с периодом кристаллической решетки?
2
5
1
А– 2
Б– 2
В– 2
а
а
а
Как связана поверхностная плотность упаковки атомов в плоскости (110) монокристалла
алюминия (решетка - ГЦК) с периодом решетки?
2
1
2
А–
Б– 2
В– 2
2
а
а
2а
Кристалл обладает гранецентрированной кубической решеткой с периодом а. Каково
расстояние между ближайшими атомами в решетке?
2
3
а
а
А–а
Б–
В–
2
2
Кристалл обладает объемноцентрированной кубической решеткой с периодом а. Каково
расстояние между ближайшими атомами в решетке?
2
3
а
а
А–а
Б–
В–
2
2
Каково расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке типа алмаза
с периодом а?
3
3
а
а
А–а
Б–
В–
2
4
Каким типом кристаллической структуры обладает кремний?
12
А. алмаз Б. сфалерит
В. вюрцит
Г. кремний
Каким типом кристаллической структуры обладает арсенид галлия?
А. алмаз Б. сфалерит
В. вюрцит
Г. тип хлорида натрия
Хлорид натрия и фторид лития образуют кристаллы одного и того же структурного типа.
Какие из приведенных ниже утверждений справедливы в этом случае?
А. – Для этих кристаллов характерна ионная связь.
Б. – Эти вещества характеризуются одним и тем же значением постоянной Маделунга.
В. – Постоянная решетки в этих кристаллах одинакова.
Г. – Энергия решетки для этих кристаллов одинакова.
Какие из перечисленных видов дефектов относятся к точечным?
А. – вакансии
Б. – дефекты по Френкелю
В. – краевые дислокации
Г. – винтовые дислокации
замещения
Д. – атомы
Какие из перечисленных видов дефектов относятся к линейным дефектам?
А. – вакансии
Б. – дефекты по Френкелю
В. – краевые дислокации
Г. – винтовые дислокации
Д. – границы зерен
Е. – границы
двойникования
Укажите высказывания, справедливые по отношению к точечным дефектам в
монокристаллах:
А. – концентрация точечных дефектов зависит только от температуры
Б. – концентрация дефектов зависит от температуры и предыстории кристалла
В. – точечные дефекты влияют на электрические свойства кристаллов
Г. – любые точечные дефекты увеличивают концентрацию свободных носителей заряда в
кристаллах.
Для каких видов химической связи в кристаллах не характерны свойства насыщенности и
направленности?
А. – ковалентная
Б. – ионная
В. – металлическая
Модуль 2
В каком температурном интервале удельное сопротивление металлов практически
линейно растет с увеличением температуры? Обозначения: D – температура Дебая, Tпл
– температура плавления.
2
2
А. 0 < T < Tпл
Б. Т< D В. D < T < Tпл
3
3
Какое из приведенных ниже выражений отражает температурную зависимость удельного
2
сопротивления металлов при температуре D < T < Tпл?
3
А. =0(1 – (Т–Т0))
Б. =0(1 + (Т–Т0))
В. =0+(Т–Т0)
Какое из приведенных ниже выражений пригодно для оценки средней энергии свободных
электронов в металлах?
3
3
1
А. kT
Б. E F
В. E F
2
5
2
Как влияют примеси на удельное сопротивление металлов?
А. – любые примеси увеличивают удельное сопротивление металлов
Б. – примесь уменьшает удельное сопротивление, если примесью является металл с
меньшим удельным сопротивлением
13
В. – примесь может уменьшать или увеличивать удельное сопротивление в зависимости
от ее природы и концентрации
Выберите выражения, верно отражающие правило Нордгейма для двухкомпонентного
сплава типа неупорядоченного твердого раствора:
А.  ост  сX A X B
Б.  ост  сX A 1  X A 
В.     R   l
Г.   T   ост
Выберите выражения, верно отражающие правило Маттиссена.
А.  ост  сX A X B
Б.  ост  сX A 1  X A 
В. 1   1  Т  1  деф Г.   T   ост
Укажите правильное соотношение между температурными коэффициентами
сопротивления, удельного сопротивления и линейного расширения проводника:
А.  R      l
Б.     R   l
В.     R   l
Из меди, вольфрама и нихрома изготовлены проводники одинакового сечения и длины.
Какой из этих проводников характеризуется наиболее слабой зависимостью
сопротивления от температуры?
А. – медь
Б. – вольфрам
В. – нихром
Укажите высказывания, справедливые в отношении электрических свойств тонких
пленок металлов:
А. – удельное сопротивление тонких пленок металлов не зависит от температуры
Б. – удельное сопротивление тонких пленок металлов зависит только от температуры и
состава пленки
В. – удельное сопротивление тонких пленок металлов зависит от температуры, толщины
пленки, ее состава и способа получения
Г. – температурный коэффициент удельного сопротивления тонких пленок металлов
может принимать отрицательные значения
Как изменяется удельное сопротивление тонких металлических пленок с ростом
толщины пленки?
А. – не изменяется
Б. – увеличивается
В. – уменьшается
Как изменяется температурный коэффициент
металлических пленок с ростом толщины пленки?
А. – не изменяется
Б. – увеличивается
удельного
сопротивления
тонких
В. – уменьшается
Какой металл используют для изготовления тонкопленочных токоведущих дорожек
интегральных микросхем?
А. – вольфрам
Б. – алюминий
В. – платина
Какие из металлов можно использовать для изготовления накаливаемых катодов
электровакуумных приборов?
А. – медь
Б. – алюминий
В. – вольфрам
Г. – ниобий
Как влияет термическая закалка на удельное сопротивление металлов?
А. – увеличивает удельное сопротивление
Б. – уменьшает удельное сопротивление
В. – не оказывает никакого влияния
Какой из эффектов используется для превращения тепловой энергии в электрическую?
А. – эффект Пельтье
Б. – эффект Холла В. – эффект Зеебека Г. – эффект Томсона
14
Сопротивление квадрата пленочного проводника равно 20 Ом/квадрат при толщине
пленки 0,02 мкм. Чему равно удельное сопротивление этого проводника?
А. – 4×10-4 Ом см
Б. – 4×10-5 Ом см
В. – 1×103 Ом см-1
Модуль 3
Расположите следующие полупроводники в порядке увеличения ширины запрещенной
зоны: кремний, германий, арсенид галлия.
А. Ge – GaAs – Si
Б. GaAs – Si – Ge
В. Ge – Si – GaAs
Пользуясь справочными данными, найдите отношение электронного тока к дырочному в
собственном германии.
Пользуясь справочными данными, найдите отношение электронного тока к дырочному в
собственном арсениде галлия
Оцените концентрацию дырок в n-Si при комнатной температуре, если он легирован
фосфором до концентрации 2,251015 см-3.
Оцените концентрацию дырок в n-Ge при комнатной температуре, если он легирован
фосфором до концентрации 6,251015 см-3.
Диффузионная длина электронов в кристалле германия равна 0,1 мм. Оцените время
жизни электронов в этом кристалле, используя справочные данные.
Время жизни неравновесных носителей заряда (электронов) в кремнии составляет 100
мкс. Используя справочные данные, оцените диффузионную длину электронов.
Какие из механизмов поглощения света полупроводниками приводят к генерации
неравновесных носителей заряда?
А. – собственное поглощение Б. – экситонное поглощение
В. – решеточное
поглощение Г. – поглощение свободными носителями
Какому из механизмов поглощения в полупроводнике соответствует наименьшая длина
волны поглощаемого излучения?
А. – собственное поглощение Б. – экситонное поглощение
В. – решеточное
поглощение
Г. – поглощение свободными носителями заряда Д. – примесное поглощение
Оцените пороговую длину волны, соответствующую собственному поглощению кремния
при комнатной температуре.
Длина волны излучения при рекомбинации неравновесных носителей заряда в
полупроводнике определяется
А. – концентрацией примеси Б. – шириной запрещенной зоны В. – средней энергией
электронов проводимости
Красная граница внутреннего фотоэффекта в полупроводнике определяется
А. – концентрацией основных носителей заряда
Б. – энергией ионизации
примеси В. – шириной запрещенной зоны
Оцените пороговую длину волны собственного поглощения фосфида индия при
комнатной температуре.
Для какого из полупроводниковых материалов: GaAs или Al0,3Ga0,7As, - край
собственного поглощения находится в более коротковолновой области спектра?
15
Как изменяется период кристаллической решетки в ряду полупроводников: GaAs GaAs0.7P0.3 - GaAs0.5P0.5 - GaAs0.2P0.8 - GaP? Оцените период решетки твердого раствора
состава GaAs0.5P0.5.
К какому классу полупроводников относится селенид цинка? Почему собственный ZnSe
обладает электронным типом проводимости?
Оцените постоянную Холла для Ge, легированного фосфором до концентрации 51015 см-3.
Модуль 4
Перечислите основные механизмы поляризации диэлектриков.
Какой механизм электропроводности характерен для ионных кристаллов? Чем
обусловлена температурная зависимость электропроводности таких диэлектриков?
С какой целью на поверхность изоляторов может наноситься водоотталкивающее
покрытие?
А - Для снижения поверхностного удельного сопротивления
Б - для снижения
вероятности поверхностного пробоя В - для увеличения поверхностного удельного
сопротвления
Какой механизм пробоя характерен для диэлектриков при импульсном воздействии
высокого напряжения?
А - тепловой
Б - электрический обратимый
В - электрохимический
Какой из полимерных диэлектриков сильнее нагревается в ВЧ электрическом поле при
одинаковых условиях эксплуатации?
А. – полиимид Б. – полиэтилентерефталат
В. – политетрафторэтилен
Г. – полиэтилен Е – полистирол
Какие из перечисленных полимерных диэлектриков относятся к высокочастотным?
А. – полиимид Б. – полиэтилентерефталат
В. – политетрафторэтилен
Г. – полиэтилен Е – полистирол
Какие из перечисленных полимерных диэлектриков относятся к низкочастотным?
А. – полиимид Б. – полиэтилентерефталат
В. – политетрафторэтилен
Г. – полиэтилен Е – полистирол
Ж – поливинилхлорид
Из какого материала Вы предлагаете изготовить изолятор СВЧ разъема: из
политетрафторэтилена или полиэтилентерефталата? Почему?
Используя справочные данные, оцените напряжение пробоя для пленки полиамида
толщиной 50 мкм в однородном электрическом поле.
Используя справочные данные, оцените напряжение пробоя для пленки полиэтилена
толщиной 100 мкм в однородном электрическом поле.
Используя справочные данные, найдите отношение удельных диэлектрических потерь в
полиэтилене и ПВХ при одинаковых условиях эксплуатации (частота поля 1 МГц).
Найдите удельные диэлектрические потери в пленке лавсана при напряженности поля 105
В/м на частоте 1 МГц.
Найдите удельные диэлектрические потери в пленке полиэтилена при напряженности
поля 105 В/м на частоте 1 МГц.
Для какого из перечисленных стекол шире интервал размягчения?
16
А - плавленый кварц Б - силикатное стекло с большим содержанием Na2O
В - силикатное стекло с большим содержанием Na2O и оксидов бария и титана
Для какого из материалов (плавленый кварц или силикатное стекло с большим
содержанием Na2O) выше значение tg?
Равновесные краевые углы смачивания поверхности ПВХ, лавсана (ПЭТФ) и
фторопласта (ПТФЭ) водой составляют 38, 56 и 104 градуса, соответственно.
Расположите эти диэлектрики в порядке увеличения их поверхностного удельного
сопротивления при одинаковых условиях эксплуатации во влажной среде.
А - ПВХ, ПЭТФ, ПТФЭ
Б - ПТФЭ, ПЭТФ, ПВХ
В - ПЭТФ, ПВХ, ПТФЭ
Стекло какого из приведенных ниже составов характеризуется минимальным значением
объемного удельного сопротивления?
А. 100% SiO2 Б. 90% SiO2 + 10% K2O В. 90% SiO2 + 5% K2O + 5% Na2O
Г. 90% SiO2 + 10% Na2O
Итоговый экзамен по дисциплине проводится в две ступени:
- тестовый экзамен (32 закрытых задания, каждое задание оценивается в 1 балл), на котором
студент должен набрать не менее 26 баллов – оценка «удовлетворительно»;
- письменный экзамен, который проводится по вопросам, приводимым ниже.
Экзаменационный билет включает шесть вопросов из приводимого ниже перечня. Ответ на
каждый вопрос оценивается из 3 баллов. Студент на письменном экзамене может набрать до
18 баллов.
Результат экзамена (максимум 50 баллов) определяется как сумма тестовой и
письменной частей.
4.4. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
по дисциплине Материалы и элементы электронной техники
Дайте определение монокристаллов.
Охарактеризуйте кратко поликристаллические тела.
Дайте краткую характеристику аморфных тел.
Можно ли говорить о температуре плавления стекол?
Дайте определение полиморфизма, приведите примеры аллотропных модификаций
веществ.
6. Охарактеризуйте кристаллическую структуру типа алмаза.
7. Опишите кристаллическую структуру типа сфалерита.
8. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в структуре алмаза?
9. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в структуре сфалерита?
10. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку кристалла с кубической
гранецентрированной решеткой?
11. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку кристалла с кубической
объемноцентрированной решеткой?
12. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в кристалле кремния?
13. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку хлорида натрия?
14. Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в монокристалле арсенида
галлия?
15. Выразите поверхностную плотность упаковки атомов в плоскости (100)
монокристалла Ge через период решетки
16. Выразите поверхностную плотность упаковки атомов в плоскости (100)
монокристалла Si через период решетки
17. Вычислите расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке
алюминия, используя необходимые справочные данные.
1.
2.
3.
4.
5.
17
18. Вычислите расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке
вольфрама, используя необходимые справочные данные.
19. Вычислите расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке
кремния, используя необходимые справочные данные.
20. Дайте определение анизотропии свойств твердых тел, назовите причины анизотропии.
21. Какие классы твердых тел (монокристаллические, поликристаллические, аморфные)
обладают анизотропией свойств?
22. Назовите виды химических связей, реализующихся в твердых телах.
23. Изобразите качественно и охарактеризуйте потенциальную кривую двухчастичного
взаимодействия при образовании химической связи.
24. Дайте определение энергии кристаллической решетки. Покажите, как найти энергию
решетки ионного кристалла в классическом приближении.
25. Дайте краткую характеристику ионной связи в кристаллах. Приведите примеры
ионных кристаллов, охарактеризуйте их общие свойства.
26. Дайте краткую характеристику ковалентной связи в кристаллах. Приведите примеры
кристаллов с ковалентной связью, охарактеризуйте их общие свойства.
27. Дайте краткую характеристику металлической связи. Приведите примеры веществ с
металлической связью, охарактеризуйте их общие свойства.
28. Какие виды взаимодействия приводят к образованию молекулярных кристаллов?
Приведите примеры молекулярных кристаллов.
29. Одинаковы или различны значения постоянной Маделунга в кристаллах NaCl и LiF,
которые относятся к одному кристаллическому типу?
30. Приведите примеры точечных дефектов в кристаллах.
31. Как зависит от температуры равновесная концентрация вакансий в кристаллах?
32. Приведите примеры точечных и протяженных дефектов реальных кристаллов.
33. Приведите примеры, отражающие влияние точечных дефектов на свойства
кристаллов.
34. Почему при образовании твердого тела энергетические уровни атомов расщепляются
в энергетические зоны?
35. Чем отличаются зонные структуры проводника, полупроводника и диэлектрика?
36. Как влияет температура на концентрацию свободных электронов в металле?
37. Изобразите качественно температурную зависимость удельного сопротивления
металлов в интервале от 0 К до температуры плавления. Назовите причины
зависимости удельного сопротивления от температуры.
38. Насколько сильно отличается средняя энергия свободных электронов в металлах и в
невырожденных полупроводниках при комнатной температуре?
39. Получите выражение для удельного сопротивления металлов в классическом
приближении Друде.
40. Каковы противоречия классической теории электропроводности металлов и как они
разрешаются в квантовой теории?
41. Дайте определение температурного коэффициента удельного сопротивления и
температурного коэффициента сопротивления. Какова связь между ними?
42. Почему металлические сплавы типа неупорядоченных твердых растворов обладают
более высоким удельным сопротивлением, чем чистые компоненты, образующие
сплав?
43. Сформулируйте правило Матиссена.
44. Изобразите качественно, как изменяется удельное сопротивление двухкомпонентного
сплава, представляющего собой неупорядоченный твердый раствор, в зависимости от
его состава.
45. Запишите правило Нордгейма для двухкомпонентного сплава типа неупорядоченного
твердого раствора.
18
46. При каком соотношении компонентов сплава типа неупорядоченного твердого
раствора его удельное сопротивление будет максимальным в предположении
справедливости закона Нордгейма?
47. Почему при термической закалке удельное сопротивление металлов увеличивается, а
при термическом отжиге – уменьшается?
48. Имеются одинаковые по длине и сечению проводники из никеля и нихрома. Для
какого из них температурная зависимость сопротивления будет сильнее?
49. Изобразите качественно зависимость удельного сопротивления и температурного
коэффициента удельного сопротивления тонких проводящих пленок от толщины.
Прокомментируйте эти зависимости.
50. Почему в очень тонких металлических пленках температурный коэффициент
удельного сопротивления может быть меньше нуля?
51. Дайте определение удельного поверхностного сопротивления.
52. Из меди, вольфрама и нихрома изготовлены проводники одинакового сечения и
длины. У какого из этих проводников сопротивление слабее всего зависит от
температуры?
53. Какие критерии учитываются при выборе материалов для тонких проводящих и
резистивных пленок в изделиях микроэлектроники?
54. Назовите основные методы получения тонких металлических пленок в
микроэлектронике.
55. Необходимо создать тонкопленочный резистор для ИМС. Какой металл (алюминий
или вольфрам) предлагаете использовать для этих целей?
56. Что такое керметы и для чего они применяются?
57. Какие металлы и в каких условиях могут переходить в состояние сверхпроводимости?
Что является причиной образования куперовских пар?
58. В каких материалах обнаружено явление высокотемпературной сверхпроводимости?
Какие перспективы открываются в случае широкого использования этих материалов?
59. Что такое водородная болезнь меди?
60. Почему изделия из чистого вольфрама оказываются очень непрочными при высокой
температуре эксплуатации? Как достигается повышенная прочность и
формоустойчивость изделий из вольфрама?
61. Какими методами получают тонкие пленки из тугоплавких металлов для изделий
микроэлектроники?
62. Как связаны между собой температурные коэффициенты сопротивления, удельного
сопротивления и линейного расширения для металлических проводников?
63. Сопротивление квадрата пленочного проводника равно 20 Ом при толщине пленки
0,2 мкм. Чему равно удельное сопротивление этого проводника?
64. В каких условиях возможно появление термоЭДС в замкнутой цепи. Назовите
основные механизмы, ответственные за возникновение термоЭДС.
65. Какие основные виды проводников электрического тока вам известны?
66. Какие свойства меди определяют ее широкое применение в электронной технике?
67. Какими преимуществами и недостатками обладает по сравнению с медью алюминий
как проводниковый материал?
68. Назовите тугоплавкие металлы, приведите примеры их применения в электронной
технике.
69. Чем обусловлено широкое применение тантала в производстве конденсаторов?
70. Какие материалы входят в состав контактола? Сформулируйте требования к ним. Для
каких целей используются контактолы в электронной технике?
71. Дайте определение собственного и примесного полупроводника. Изобразите зонную
структуру собственного полупроводника, донорного и акцепторного полупроводника.
72. Дайте определение основных и неосновных носителей заряда в примесных
полупроводниках.
73. Запишите закон действующих масс для полупроводника.
19
74. Объясните, как найти концентрацию основных и неосновных носителей заряда в
электронном полупроводнике с известной степенью легирования на участке
истощения примеси.
75. Объясните, как найти концентрацию основных и неосновных носителей заряда в
дырочном полупроводнике с известной степенью легирования на участке истощения
примеси.
76. Изобразите температурную зависимость равновесной концентрации носителей заряда
в собственном полупроводнике. Объясните, как по этой зависимости определить
ширину запрещенной зоны полупроводника.
77. Изобразите качественно температурную зависимость равновесной концентрации
электронов в донорном полупроводнике в широком интервале температур. Укажите
температуры истощения примеси и перехода к собственной проводимости.
78. От каких характеристик полупроводникового материала зависит температура
истощения примеси?
79. От каких характеристик полупроводникового материала зависит температура
перехода к собственной проводимости?
80. Запишите условие квазинейтральности для полупроводника, легированного
одновременно донорной и акцепторной примесью.
81. Сколько электронов находится на уровне Ферми в собственном полупроводнике при
комнатной температуре?
82. Объясните, какая из дырок обладает большей энергией: в центре валентной зоны или
у ее потолка?
83. Установите взаимосвязь между донорным или акцепторным поведением примесей
замещения в ковалентных полупроводниках и валентностью примесного атома.
84. Объясните основные различие между вырожденным и невырожденным электронным
газом.
85. Может ли удельное сопротивление полупроводников возрастать при нагревании?
86. Будет ли наблюдаться эффект Холла в собственном полупроводнике? Если да, то чем
будет определяться знак постоянной Холла?
87. Объясните, как определить тип основных носителей заряда в полупроводнике по
измерениям ЭДС Холла.
88. Объясните, как определить тип основных носителей заряда в полупроводнике по
измерениям термоЭДС.
89. Каково отношение электронного тока к дырочному в собственном германии при
Т=300 К?
90. Каково отношение электронного тока к дырочному в собственном арсениде галлия
Т=300?
91. Оцените концентрацию дырок в n-Si при комнатной температуре, если он легирован
фосфором до концентрации 2,251015 см-3.
92. Оцените концентрацию дырок в n-Ge при комнатной температуре, если он легирован
фосфором до концентрации 6,251015 см-3.
93. Какими элементами можно легировать GaAs для получения электронного типа
проводимости?
94. Всегда ли можно утверждать, что мы имеем дело с собственным полупроводником,
если его удельное сопротивление близко к собственному? Почему?
95. Назовите основные механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводниках.
Каковы для этих механизмов температурные зависимости подвижности?
96. Что такое экситоны? Участвуют ли экситоны в переносе тока в полупроводниках?
97. Будет ли наблюдаться эффект Холла в собственном полупроводнике? Если да, то чем
будет определяться знак постоянной Холла?
98. Какова связь между временем жизни и диффузионной длиной неравновесных
носителей заряда?
20
99. Назовите основные факторы, от которых зависят время жизни и диффузионная длина
неравновесных носителей заряда.
100. Сравните (качественно) времена жизни и диффузионные длины неравновесных
носителей заряда в собственном и компенсированном полупроводниках, имеющих
одинаковые удельные сопротивления.
101. Диффузионная длина электронов в кристалле германия равна 1 мм. Оцените время
жизни электронов в этом кристалле, используя справочные данные.
102. Назовите основные механизмы поглощения света в полупроводниках. Какие
механизмы приводят к изменению электропроводности полупроводников?
103. Оцените пороговую длину волны собственного поглощения кремния при комнатной
температуре.
104. Оцените пороговую длину волны собственного поглощения фосфида индия при
комнатной температуре.
105. Имеется две термопары: одна из металлических проводников, другая из
полупроводников с разным типом проводимости. Какая из термопар более чувствительна
к изменению температуры и почему?
106. Назовите основные методы металлургической очистки кремния и германия.
107. Какими методами получают полупроводниковые монокристаллы?
108. Что такое эпитаксия? Назовите виды эпитаксии.
109. Дайте сравнительную характеристику кремния и германия как материалов
электроники.
110. Назовите основные области применения кремния и германия в электронной технике.
111. Охарактеризуйте кристаллическую структуру и химическую связь в полупроводниках
АIIIВV.
112. Почему у антимонида индия собственная удельная проводимость определяется только
концентрацией электронов, а вкладом дырок можно практически пренебречь?
113. Назовите основные области применения полупроводниковых соединений А IIIВV и
твердых растворов на их основе.
114. Как изменяется период решетки трехкомпонентного твердого раствора на основе
соединений АIIIВV в зависимости от их состава?
115. Для какого из полупроводниковых материалов: GaAs или Al0,3Ga0,7As, - край
собственного поглощения находится в более коротковолновой области спектра?
116. Запишите закон Вегарда для трехкомпонентного полупроводникового твердого
раствора.
117. Как изменяется период кристаллической решетки в ряду полупроводников: GaAs GaAs0.7P0.3 - GaAs0.5P0.5 - GaAs0.2P0.8 - GaP? Оцените период решетки твердого раствора
состава GaAs0.5P0.5.
118. Охарактеризуйте кристаллическую структуру и химическую связь в полупроводниках
АIIВVI.
119. Дайте характеристику свойств и назовите основные области применения
полупроводниковых соединений АIIВVI и твердых растворов на их основе.
120. К какому классу полупроводников относится селенид цинка? Почему собственный
ZnSe обладает электронным типом проводимости?
121. Оцените постоянную Холла для германия, легированного фосфором до концентрации
51018 см-3.
122. Назовите основные механизмы поляризации диэлектриков.
123. Дайте классификацию диэлектриков, применяемых в электронной технике.
124. Какой механизм электропроводности характерен для ионных кристаллов? Чем
обусловлена температурная зависимость электропроводности таких диэлектриков?
125. Чем обусловлена поверхностная электропроводность диэлектриков?
126. С какой целью на поверхность изоляторов может наноситься водоотталкивающее
покрытие?
127. Назовите основные механизмы пробоя твердых диэлектриков.
21
128. Какой механизм пробоя характерен для диэлектриков при импульсном воздействии
высокого напряжения?
129. Как оценить напряжение теплового пробоя диэлектрика?
130. Что такое диэлектрические потери? Какие факторы влияют на диэлектрические
потери в твердых диэлектриках?
131. Полимерные диэлектрики: общая характеристика и применение в электронной
технике.
132. Какой из полимерных диэлектриков сильнее нагревается в ВЧ электрическом поле:
полиэтилен или поливинилхлорид?
133. Из какого материала Вы предлагаете изготовить изолятор СВЧ разъема: из
политетрафторэтилена или полиэтилентерефталата? Почему?
134. Оцените напряжение пробоя для пленки полиимида толщиной 50 мкм в однородном
электрическом поле.
135. Оцените напряжение пробоя для пленки полиэтилена толщиной 100 мкм в
однородном электрическом поле.
136. Используя справочные данные, найдите отношение удельных диэлектрических потерь
в полиэтилене и ПВХ при одинаковых условиях эксплуатации.
137. Найдите удельные диэлектрические потери в пленке лавсана при напряженности поля
105 В/м на частоте 1 МГц.
138. Влияние состава стекла на его свойства.
139. Классификация стекол по техническому назначению.
140. Найдите отношение температурных коэффициентов расширения электровакуумных
стекол марки С37 и С90.
141. Для какого из материалов (кварц или силикатное стекло с большим содержанием
Na2O) шире интервал размягчения?
142. Для какого из материалов (плавленый кварц или силикатное стекло с большим
содержанием Na2O) выше значение tg?
143. Ситаллы и их применение в электронной технике.
144. Керамика и ее применение в электронной технике.
145. Классификация активных диэлектриков и области их применения в электронной
технике.
146. Какие диэлектрики называют активными? В чем различие требований к активным и
пассивным диэлектрикам?
147. Какая электрическая упорядоченность свойственна сегнетоэлектрикам?
148. Назовите наиболее важные применения сегнетоэлектриков. На каких
свойствахматериалов основаны эти применения?
149. Что такое прямой и обратный пьезоэффект? В каких диэлектриках можно наблюдать
эти явления?
150. От каких факторов зависят пьезоэлектрические свойства сегнетоэлектрической
керамики? В чем преимущества пьезокерамики перед монокристаллическими
пьезоэлектриками?
151. Что такое пироэлектрический эффект? Какие применения пироэлектриков вам
известны?
152. Какова природа электретного эффекта в диэлектриках? Что такое гомо- и
гетерозаряд?
153. В чем различие между жидким состоянием вещества и «жидким кристаллом»?
154. Назовите основные области применения жидких кристаллов в электронной технике.
155. Классификация магнитных материалов по свойствам и техническому назначению.
156. Какие магнитомягкие материалы имеют высокое значение магнитной проницаемости
в слабых магнитных полях?
157. Каково влияние кремния на свойства электротехнической стали?
158. Каковы частотные характеристики высокопроницаемых и низкопроницаемых
ферритов?
22
159. В чем сходство и различие магнитных свойств ферритов и ферромагнетиков?
160. Каково строение магнитодиэлектриков и в каких целях они используются?
161. Какие магнитные материалы обладают прямоугольной петлей гистерезиса? Каково их
основное применение?
162. Назовите важнейшие характеристики магнитотвердых материалов.
5. Программа использования инновационных технологий в преподавании дисциплины
1. По дисциплине разрабатывается электронный гипертекстовый учебник, предназначенный
для самостоятельной работы студентов. Учебник позволяет после изучения каждого раздела
проводить самоконтроль по тестовым заданиям. В случае неверного ответа студент
отсылается к той части теоретического курса, который ему необходимо дополнительно
проработать.
2. Имеется презентация лекционного курса.
3. Сформирован банк тестовых заданий по дисциплине, который используется для
самоподготовки студентов, а также при текущем, промежуточном и итоговом контроле по
дисциплине.
4. При подготовке отчетов по лабораторным работам студенты проводят обработку
результатов эксперимента необходимые расчеты на ПЭВМ.
23