Fizikos egzamino klausimai 1 pagrindinės medžiagų elektrinės savybės
5 (100%) 1 vote

Fizikos egzamino klausimai 1 pagrindinės medžiagų elektrinės savybės

„Medžiagų mokslo įvado“

Egzamino kontroliniai klausimai

2007 01 17 d.

1. Pagrindinės medžiagų elektrinės savybės.

Elektros sroves stipris, varza, elektrinis laidumas.

2. Kas yra elektrono judris ir kaip jis susijęs su medžiagos elektriniu laidumu.

Judris yra lygus vienetinio stiprio elektriniame lauke igytam kruvininku dreifo greiciui.

3. Kodėl metalų elektrinis laidumas yra didelis, o dielektrikų – mažas.

Srove metaluose pernesa laisvieji elektronai todel elektrinis laidumas didelis. O dielektrikuose nera laisvuju kruvininku, nera kam pernesti veikiant laukui ir judeti mikroskopiniais atstumais. Todel dielektriku laidumas mazas.

4. Kas yra Fermi lygmuo medžiagų energijos juostų teorijoje.

Absoliutaus nulio temperatūroje visi lygmenys (visos kvantinės būsenos), kurių energija yra mažesnė nei Fermi lygmens yra užpildyti elektronais, o visi lygmenys (visos kvantinės būsenos), kurių energija didesnė nei Fermi lygmens yra neužpildyti elektronų. Elektronų pasiskirstymas pagal energiją aprašomas Fermi-Dirako finkcija.

Aukštesnėse nei 0 K temperatūrose dėl šiluminio sužadinimo būsenos, kurių energija lygi Fermi lygmens energijai yra pusiau užpildytos. Dėl šiluminio sužadinimo dalis elektronų patenka į būsenas, kurių energija didesnė nei Fermi lygmens.

5. Medžiagų elektrinis laidumas energijos juostų teorijos požiūriu.

Metalas:

Kai T = 0, visi lygmenys laidumo juostoje, kurių energija yra mažesnė nei Fermi energija EF yra užpildyti elektronais, o visi lygmenys, kurių energija didesnė nei EF yra tušti.

Elektronai gali laisvai judėti į “tuščius” lygmenis veikiami palyginti silpno elektrinio lauko. Todėl metalų elektrinis laidumas yra toks didelis.

Kai T > 0, dėl šiluminio sužadinimo dalis elektronų patenka į lygmenis, kurių energija didesnė nei Fermi lygmens.

Dielektrikas:

Kai T = 0, valentinė juosta yra užpildyta elektronais, o laidumo juosta yra visai tuščia. Todėl medžiaga yra visai nelaidi.

Fermi lygmuo yra draustinės juostos tarp valentinės ir laidumo juostų viduryje (2-10 eV).

Kai T > 0, elektronai paprastai nėra termiškai sužadinami iš valentinės juostos į draustinę juostą. Todėl medžiaga yra nelaidi.

Grynasis puslaidininkis:

Kai T = 0, valentinė juosta yra užpildyta elektronais, o laidumo juosta yra visai tuščia. Todėl medžiaga yra visai nelaidi.

Fermi lygmuo yra draustinės juostos tarp valentinės ir laidumo juostų viduryje (<1 eV).

Kai T > 0, elektronai dėl šiluminio sužadinimo patenka iš valentinės į laidumo juostą. Medžiaga tampa laidžia.

6. Nuo ko priklauso metalų elektrinis laidumas.

Nuo varzos.

Medžiagų laidumas (mažėjimo tvarka): superlaidininkai, laidininkai, puslaidininkiai, izoliatoriai

laidininkai: elektros srovei laidžios medžiagos (medžiagos turinčios daug “judrių krūvio nešėjų”

(elektronų, jonų …). Pavyzdžiui, metalai, skysčiai turintys jonų (vanduo), plazma

izoliatoriai: medžiagos kuriose laisvų krūvio nešėjų yra mažai arba visai nėra; pavyzdžiui, kvarcas, plastikai .

superlaidininkai: kai kurios medžiagos labai žemose temperatūrose turi nulinę varžą.

Kai kurių medžiagų savitosios varžos (r) (20o C temperatūroje):

7. Nuo priklauso puslaidininkių elektrinis laidumas. Kaip galima reguliuoti puslaidininkių elektrinį laidumą.

puslaidininkiai: medžiagos, kurių laidumas yra tarp laidininkų ir puslaidininkių; pvz.

germanis Ge, silicis Si, GaAs, GaP, InP, InAs

8. Puslaidininkių skirstymas ir ypatumai.

Savojo laidumo puslaidininkis. Savojo laidumo (grynuoju), arba i, puslaidininkiu vadinamas puslaidininkis, kurio kristalinė gardelė yra sudaryta tik iš vienos medžiagos atomų. Tokiame puslaidininkyje laisvieji krūvininkai generuojami ir rekombinuoja tik poromis, todėl jų koncentracijos būna vienodos:

Priemaišiniai puslaidininkiai. Priemaišinių puslaidininkių gardelė mazguose dalis atomų yra pakeisti kitos, kitokio valentingumo, medžiagos atomais. Nors šių priemaišų koncentracija nedidelė (vienas priemaišos atomas tenka 104 – 107 pagrindinės medžiagos atomų), jos labai keičia puslaidininkio krūvininkų koncentraciją bei elektrines savybes

2. Deimantiškieji puslaidininkiai. Šiai puslaidininkių grupei visų pirma priklauso periodinės cheminių elementų lentelės III grupės elementų aliuminio (Al), galio (Ga), indžio (In) junginiai su V grupės elementais: fosforu (P), arsenu (As), stibiu (Sb). Jie vadinami AIIIBV tipo puslaidininkiais.

V ir VI grupių elementai ir jų analogai. V grupės cheminiai elementai arsenas(As), stibis (Sb), bismutas (Bi) yra pusmetaliai su puslaidininkinėmis savybėmis. Tokie yra ir VI grupės cheminiai elementai selenas (Se) ir telūras (Te). Selenas vartojamas gaminant puslaidininkinius kintamosios srovės lygintuvus, elektrografinius kopijavimo įtaisus, optinius ir signalinius prietaisus, termorezistorius ir kt.

. VI grupės cheminių elementų junginiai su pereinamaisiais metalais (Ti, V, Mn, Fe, Ni, Sm, Eu ir kt.). Juose vyrauja joninis ryšys. Daugumai būdingos ryškios magnetinės savybės – tai feromagnetiniai puslaidininkiai.

Amorfinių puslaidininkių atomai išsidėstę ne taip chaotiškai kaip klasikinių amorfinių medžiagų, bet ir ne taip tvarkingai kaip kristalinių medžiagų. Iš amorfiniuose puslaidininkiuose vykstančių reiškinių praktikoje panaujodami
perjungimo ir atminties efektai. Šiuo metu įvairių amorfinių puslaidininkių tyrimai tęsiami toliau, atrandami ir kiti efektai, kurie pritaikomi technikoj

9. p ir n tipo puslaidininkių aiškinimas.

n puslaidininkiai¬- tai puslaidininkiai su donoro priemaišomis. Priemaišiniai atomai, kurie sužadinti atiduoda laisvuosius elektronus laidumo juostai, vadinami donorais.

p puslaidininkiai – Puslaidininkiai su akceptorių priemaišomis. Priemaišiniai atomai, kurie sužadinami gali pagauti elektroną iš valeninės juostos ir sudaryti joje teigiamas skyles, vadinami akceptoriais

10. p – n SANDŪRA

Daugumoje elektroninių prietaisų yra p-n sandūra. Dviejų skirtingo laidumo puslaidininkių kontaktas vadinamas p-n sandūra.

p – tipo puslaidininkiuose pagrindiniai krūvininkai yra skylės.

n – tipo puslaidininkiuose pagrindiniai krūvininkai yra elektronai.

įdomiausi reiškiniai vyksta susiliečiant p ir n puslaidininkiams.

pn sandūros aiškinimas.

11. Puslaidininkinio diodo veikimo principas.

PUSLAIDININKINIAI DIODAI

Puslaidininkiniu diodu vadinamas prietaisas su dviem išvadas, turintis vieną p-n sandūrą.

Rodyklės kryptis sutampa su tiesioginės elektros srovės kryptimi.

Yra sukurta įvairios paskirties diodų: lygintuviniai diodai, SAD diodai, stabilitronai, varikapai, tuneliniai diodai ir t.t.

12. Kodėl pn sandūroje yra energetinis barjeras, kliudantis bent jau dalies krūvininkų judėjimui. Kaip krūvininkų tekėjimas pn sandūra priklauso nuo išorinio elektrinio lauko.

Krūvininko difuzijai pažeidus puslaidininkio elektrinį neutralumą p

puslaidininkyje, netoli skiriančiosios plokštumos, po skylių difuzijos lieka nesukompensuoti neigiami akceptoriai, o n puslaidininkyje nesukompensuoti teigiami donorai. Taigi susidaro erdvinio krūvio sritis sudaryta iš skirtingai įkrauto sluoksnio: teigiamo krūvio – n srityje ir neigiamo krūvio – p srityje. Dėka

šio krūvio susidaręs elektrinis laukas sukelia priešingą

krūvininko judėjimą elektrono dreifą iš p srities į n sritį ir skylių dreifą iš n srities į p sritį. Tokiu būdu atsiranda dreifo srovė nukreipta priešingai difuzijos srovei. Kai neveikia išorinis elektrinis laukas, puslaidininkyje nusistovi dinaminė pusiausvyra: difuzijos ir dreifo srovės viena kita kompensuoja, o tarp p ir n sričių susidaro potencialo skirtumas.

Susidaręs pn sandūroje elektrinis laukas yra nukreiptas iš n srities į p sritį. Taigi energijos juostos sandūros srityje turi išlinkti: energijos juostos n srityje bus žemesnės nei p srityje. Visuminis juostų poslinkis bus lygus pn sandūros potencialinio barjero aukščiui.

13. Tranzistorius ir jo veikimo principas.

Tranzistorius – tai dviejų priešingų sandūrų puslaidininkinis prietaisas, skirtas elektriniams virpesiams (signalams) stiprinti. Sujungsime dvi priešingas sandūras, pavyzdžiui, p-n sandūrą ir n-p sandūrą, ir n sritį padarome bendrą. Tranzistoriai, kuriuose vidurinis puslaidininkis yra elektroninio laidumo, vadinami p-n-p tranzistoriais. Sukeisime sandūras vietomis ir bendra sritimi padarysime p sritį.` Turėsime n-p-n tipo tranzistorių, nes vidurinis puslaidininkis yra skylinio laidumo.

Tranzistoriaus veikimo principas. Norėdami išnagrinėti tranzistoriaus veikimo principą ir jo naudojimą signalų stiprinimui, analizuosime atskirai abiejų sandūrų paskirtį. įjunkime pirmąją p-n sandūrą į elektrinę grandinę tiesiogine kryptimi: šaltinio teigiamą polių prijungsime prie p puslaidininkio, o neigiamą polių – prie n. Esant tokiam jungimui kontaktinis elektrinis laukas Ee nukreiptas prieš šaltinio sukurtą išorinį lauką E1, todėl sumažėja užtveriamojo sluoksnio storis.

14. Kas yra integrinės schemos ir kam jų reikia.

Tūkstančius elektroninių komponentų įkomponavus į labai mažą erdvę padaromos integrinės schemos.

Ši revoliucija didele dalimi buvo sąlygota aerokosminių technologijų vystymosi, kadangi iškilo didelis labai mažų matmenų ir mažai galios vartojančių kompiuterių ir elektroninių prietaisų poreikis.

Integrinės schemos paprastai susideda iš daugelio sluoksnių, dažniausia užaugintų ant silicio plokštelės. Kiekvienas sluoksnis turi savo originalų piešinį ir sudėtį.

Integrinės schemos dalis skirta testuoti mikroprocesorinius čipus (b). Plonos šviesios sritys – aliuminio jungiamoji metalizacija, balti kvadratai – testiniai kontaktai, testinės grandinės viršutiniame kairiame kampe. Didinimas x50.

15. Kaip šviesos absorbcija (sugertis) susijusi su diodais. Kaip ir kam tai galima panaudoti.

absorbcija: fotonas generuoja elektronskylinę porą (saulės elementas, fotodetektorius).Elektromagnetinis spinduliavimas, kurio dažnis yra ħw < Eg praeina pro puslaidininkį su palyginti nedideliais nuostoliais (mažai absorbuojamas). Tuo tarpu spinduliavimas, kurio dažnis (ir energija) ħw > Eg yra absorbuojami daug stipriau. Šis sugertas spinduliavimas sukuria elektronskylines poras. pn diode arba Šotkio diode elektrinis laukas gali atskirti elektronus ir skyles. Todėl šie prietaisai gali veikti kaip saulės elementai, gaminantys energija, arba kaip fotodetektoriai, kurie reaguoja į elektromagnetinį spinduliavimą generuodami elektrinį signalą.

16. Kuo lazeris skiriasi nuo šviesos diodo jų veikimo principų ir charakteristikų požiūriu.

Lazeriuose skirtingai nuo šviesos diodų
ne savaiminė, o stimuliuotoji rekombinacija.

Sudaromos tokios sąlygos, kad kažkuriame didesnės energijos lygmenyje elektronų yra daugiau nei kažkuriame žemesnės energijos lygmenyje. Ir kad elektronai iš aukštesnės energijos lygmenio savaime nerekombinuotų.

Aukštesnės energijos lygmenyje esantis elektronas sąveikaudamas su fotonu, peršoka į žemesnės energijos lygmenį, išspinduliuodamas fotoną.

Siekiant padidinti stimuliuotosios rekombinacijos įvykių skaičių, vis didesnio intensyvumo šviesos pluoštelis kelis kartus perina pro lazerio aktyvią sritį, atsipindėdamas nuo kraštuose esančių veidrodžių.

Lazerio spinduliuojama šviesa yra koherentinė (vieno bangos ilgio).

Lazerio spinduliuojama šviesa yra vieno bangos ilgio

skirtingai nuo šviesos diodo,

kur šviesos pluoštelis yra labiau “išskydęs

(spinduliuojamos šviesos spektras yra daug platesnis).

Be to, lazerio spinduliavimas yra daug kryptingesnis.

17. Koks yra pagrindinis dielektrikų, patalpintų į išorinį elektrinį lauką elgsenos ypatumas ir kokios yra jo rūšys bei priežastys.

. Išoriniame vienalyčiame elektriniame lauke esantį dipolį veikia jėgų pora, kurios momento modulis. Kai kurie dielektrikų taikymai

Mažos dielektrinės skvarbos dielektrikai naudojami tarpelementinei izoliacijai, atskiriant metalinius integrinės schemos takelius nuo kitų schemos elementų.

Pagrindinis dėmesys skiriamas silikaorganiniams junginiams.

Didelės dielektrinės skvarbos dielektrikai svarbūs atminties elementuose, metalo-dielektriko-puslaidininkio lauko tranzistorių sklendės.

Hafnio, cirkonio, aliuminio oksidai.

18. Dėl kokių priežasčių plokščio kondensatoriaus, tarp kurio plokštelių yra vakuumas, talpa skiriasi nuo tokios pat formos ir matmenų kondensatoriaus, tarp kurio plokštelių yra dielektrikas, talpos.

Kondensatorius – tai dviejų laidininkų sistema, kurioje jėgų linijos, išeinančios iš vieno laidininko, pasibaigia antrajame. Pagal laidininkų formą kondensatoriai skirstomi į plokščiuosius, sferinius ir cilindrinius. Kondensatorių sudarantys laidininkai dažnai vadinami plokštelėmis, nors jie gali būti sferos ar cilindrai. Tarp plokštelių gali būti oras ar vakuumas arba bet koks dielektrikas. Įelektrinant kondensatorių jo plokštelėms suteikiami lygių modulių priešingų ženklų krūviai +q ir -q. Kondensatoriaus elektrine talpa vadinamas dydis, lygus vienos plokštelės krūvio ir potencialų skirtumo tarp plokštelių santykio moduliui:

medžiagos santykine dielektrine skvarba, yra bematis dydis. Kai kurių dielektrikų santykinės dielektrinės skvarbos vertės pateikiamos lentelėse. Santykinės dielektrinės skvarbos ir elektrinės konstantos sandauga vadinama absoliutine dielektrine skvarba

19. Išvardinkite svarbiausias dielektrinių medžiagų rūšis ir fizikinius principus, kuriais paremtos esminės šių dangų charakteristikos.

Segnetoelektrikai (feroelektrikais) vadinami poliniai dielektrikai, kurie tam tikrame temperatūros intervale poliarizuojasi savaime. Savaiminė poliarizacija priklauso nuo temparatūros. Pakėlus temperatūrą virš tam tikros kiekvienam feroelektrikui būdingos vertės TC, vadinamos Kiuri (P. Curie) temperatūra, feroelektrinės savybės išnyksta, ir jis virsta paprastu poliniu dielektriku.

feroelektrikas sudarytas iš mažų (tačiau turinčių milžinišką molekulių skaičių) sričių, kuriose visų molekulių elektriniai dipoliniai momentai orientuoti viena ir ta pačia kryptimi.

būdinga histerezės kilpa.

Pjezoelektrikai. pasireiškia tik kristaluose, neturinčiose simetrijos centro,

Galingi pjezoelektriniai akustiniu bangu generatoriai taikomi hidrolokacijoje, defektoskopijoje, mechaniškai medžiagoms apdirbti

Piroelektrikai – mdžiagos, kuriose elektrinis krūvis atsiranda kaitinant. Piroelektrinis efektas infraraudonuju spinduliu detekcijai, infraraudonuju atvaizdu vizualizacijai ypač perspektyvus. Piroelektriniai imtuvai reaguoja i bet koki spinduliavimą, kuris keičia ju temperatūrą

20. Pagrindinės magnetikų grupės ir kokios yra jų magnetinių savybių priežastys.

Magnetikai skirstomi į paramagnetikus ir diamagnetikus

paramagnetikų m >1, c > 0 (magnetikas traukiamas lauko stiprėjimo kryptimi)

diamagnetikų m <1, c < 0 (magnetikas stumiamas lauko silpnėjimo kryptimi).

Šių medžiagų atomuose yra nepilnai užpildytas elektronų sluoksnis. Kai nėra išorinio magnetinio lauko atomų magnetiniai momentai išsidėtę netvarkingai. Nėra makroskopinio įmagnetėjimo. Šias medžiagas sudarančios struktūrinės dalelės turi magnetinį momentą ir nesant išorinio magnetinio lauko. Tačiau jų magnetiniai momentai orientuoti atsitiktinai ir bendras atstojamasis laukas jų kuriamas magnetinis laukas lygus nuliui. Paveikus paramagnetiką išoriniu magnetiniu lauku struktūrinių dalelių magnetiniai momentai išsirikiuoja jo kryptimi ir sukuria stiprinantį vidinį magnetinį lauką.

Paramagnetikų c yra 10-2 – 10-5 eilės. Atominio dipolio konfigūracija paramagnetinėje medžiagoje iki ir po jos patalpinimo į išorinį magnetinį lauką.

Pereinamųjų elementų druskos

Retųjų žemių elementų druskos ir oksidai

Retųjų žemių elementai

Metalai : Al, Pt, Cr..

(Fe, Co, Ni-feromagnetikai, Cr-antiferomagnetikas)

Diamagnetikai. medžiagas sudarančių struktūrinių dalelių atstojamasis magnetinis momentas nesant išorinio

magnetinio lauko lygus nuliui. Veikiamos išorinio magnetinio lauko, diamagnetikų dalelės dėl Larmoro precesijos sukuria apskritiminę srovę, kurios papildoma magnetinė indukcija nukreipta prieš išorinio magnetinio lauko kryptį. Dėl to diamagnetikai silpnina magnetinį lauką.

Inertinės dujos He, Ne, Ar…..

Poliatominės dujos H2, N2…..

Kietos joninės medžiagosIonic NaCl(Na+, Cl-)…

Kovalentinės medžiagos C(diamond), Si, Ge…..

Beveik visi organiniai junginiai.

21. Kas yra feromagnetikai. Kokie yra jų magnetinių savybių ypatumas ir šių ypatumų priežastys.

Tai magnetikai, kuriuose magnetinis laukas daug kartų sustiprėja. Jų Šių medžiagų, kiap ir paramagnetikų, struktūrinės dalelės ir nesant išorinio magnetinio lauko turi magnetinį momentą. Tačiau tam tikrose srityse, vadinamose domenais, tie momentai būna dar ir orientuoti ta pačia kryptimi (dėl to šios sritys dar vadinamos savaiminio įmagnetinimo sritimis). Vadinasi, domeno viduje magnetinių momentų išsidėstymas būna tvarkingas. Tačiau patys domenai būna įvairių dydžių, o skirtingų domenų magnetinių momentų orientacija taip pat skiriasi, dėl to atstojamasis magnetiko magnetinis laukas lygus nuliui. Feromagnetiką paveikus išoriniu magnetiniu lauku domenai orientuojasi jo kryptimi, susijungia į didesnius domenus ir taip susidaro labai stiprus vidinis magnetinis laukas.

Feromagnetines medžiagas galima suskirstyti į dvi grupes:

* magnetiniu požiūriu minkštas – didelės magnetinės skvarbos, leng¬vai įmagnetinamos ir išmagnetinamos, mažo koercinio stiprio, siauros histerezės kil¬¬pos,

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2436 žodžiai iš 8085 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.