Электропроводность чистых полупроводников возрастает с увеличением температуры полупроводника.

 

36. Примеси могут быть донорного и акцепторного типа. Донор - это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещенной зоне вблизи "дна" зоны проводимости энергетический уровень, занятый в невозбуждённом состоянии электроном и способный в возбуждённом состоянии при тепловом возбуждении отдать электрон в зону проводимости. Акцептор - это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещённой зоне вблизи "потолка" валентной зоны энергетический уровень, свободный от электрона в невозбуждённом состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны благодаря тепловому возбуждению.

 

Полупроводник n-типа получается, если в чистый полупроводник добавить примесь с валентностью, большей на единицу. Образуется один избыточный электрон. Для того, чтобы оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда, требуется значительно меньшая, чем ширина запрещенной зоны, энергия.

Полупроводник p-типа получается, если в чистый полупроводник добавить примесь с валентностью, меньшей на единицу. Т.е. образуется вакантное место – дырка. При повышении температуры на место этой дырки может перейти электрон соседнего атома. Для такого перехода требуется значительно меньшая, чем ширина запрещенной зоны, энергия.

 

В целом электропроводность полупроводника включает в себя собственную и примесную составляющие. При небольшом повышении температуры собственная проводимость полупроводника практически равна нулю, так как приобретенной электронами полупроводника тепловой энергии не хватает для преодоления запрещенной зоны. При повышении температуры (T≈350-400K) все атомы примеси полностью ионизируются и наступает примесное истощение.

 

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.

 

Электровакуумный триод, или просто триод, — электронная лампа, позволяющая входным сигналом управлять током в электрической цепи. Имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и одну управляющую сетку.

37. Эффект Хоолла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через проводящий брусок в слабом магнитном поле B течёт электрический ток под действием напряжённости E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда к одной из граней бруса от их движения вдоль или против электрического поля. При этом критерием малости будет служить условие, что при этом носители заряда не начнут двигаться по циклоиде.

 

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E1 не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца:

Скорость электронов v можно выразить через плотность тока:

где n — концентрация носителей заряда.

 

 Тогда

Коэффициент пропорциональности между E1 и  jB называется коэффициентом (или константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам), в сильных полях наблюдается положительный знак R_H что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.

Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимости от ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зависит от типа полупроводника, температуры, концентрации примесей и напряженности электрического поля.

 

Закономерности:

 

· В чистых полупроводниках существует граничная частота, ниже которой фотопроводимость не возникает: υ≥∆E/h, зависит от ширины запрещенной зоны.

· Количество образующихся носителей тока пропорционально интенсивности светового потока.

 

38. Твёрдое тело обладает широким спектром колебаний, в нём есть высокие и низкие частоты. Низкочастотные колебания лежат в звуковом и ультразвуковом диапазоне и представляют собой упругие волны, распространяющиеся в кристалле. Минимальная длина волны: λmin= 2l. Колебания с минимальными длинами волн не имеют физического смысла, т.к. не соответствуют реальным смещениям частиц решетки. Эти колебания являются стоячими волнами и не переносят энергию вдоль решётки. При этом низкочастотные колебания вносят максимальный вклад в энергию тепловых колебаний кристалла. Максимальная частота колебаний: υmax. С уменьшением λ и увеличением υ, скорость упругих волн уменьшается и при выполнении λmin= 2lскорость распространения становится равной нулю. Энергия упругих волн изменяется дискретно и величина изменения не может быть меньше, чемhυ. Изменения энергии должно быть всегда кратно hυ.

 

Закон Дюлонга-Пти (Закон постоянства теплоёмкости) — эмпирический закон, согласно которому молярная теплоёмкость твёрдых тел при комнатной температуре близка к 3R:,

где R — универсальная газовая постоянная.

 

39. Молярная теплоёмкость кристаллического твёрдого тела не зависит от его состава и равна 3R.

       Закон Дебая: C_μ~T³.

Фонон — квазичастица, представляющая собой квант колебательного движения атомов кристалла.

40. Влияние электрона на теплоёмкость наблюдается только при абсолютном нуле. Электроны в металле можно рассматривать как электронный газ. C_μe= (1/2)Π²RkT/E_F. Электроны не участвуют в процессе нагревания металла. Их вклад наблюдается только при самых низких температурах.T=0, <E> = (3/5)E_F ∙ υN_А.

Ядерная физика

41. Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Атомное ядро, рассматриваемое как класс частиц с определённым числом протонов и нейтронов, часто называется нуклидом.

Нуклоны состоят из более простых частиц трех типов, названных кварками. Кварковая компонента нуклонов реализуется в виде двух возбуждённых барионных кластеров, испускающих главным образом нуклоны

Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом Z — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом в таблице Менделеева. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом N. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом A (очевидно A = N + Z) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева.

42. Ядерные силы – силы, удерживающие нуклоны в ядре. Ядерная сила – сила притяжения. Свойства ядерных сил:

· Самое сильное из известных в природе взаимодействий.

· Зарядовая независимость.

· Ядерные силы – явление краткодействующее.

· Обладает свойством насыщения.

· Не являются центральными ядерными силами.

· Вид нуклон - нуклонного потенциала.

Энергия связи ядра – энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на отдельные нуклоны. Равна энергии всех нуклонов в свободном состоянии.

Дефект массы характеризует уменьшение суммарной массы при обозначении ядра из нуклонов: ∆M=Z_mp+N_ma-M_a=E_св/c².