Шпоры Михеев (Шпоры)

БИЛЕТ №5

1) генератор электромагнитных волн, в котором используется явление вынужденного излучения (См. Вынужденное излучение) (см. Квантовая электроника). К. г. радиодиапазона сверхвысоких частот (СВЧ), так же как и Квантовый усилитель этого диапазона, часто называют Мазером. Первый К. г. был создан в диапазоне СВЧ в 1955 одновременно в СССР (Н. Г. Басов и А. М. Прохоров) и в США (Ч. Таунс). В качестве активной среды в нём использовался пучок молекул аммиака. Поэтому он получил название молекулярного генератора (См. Молекулярный генератор). В дальнейшем был построен К. г. СВЧ на пучке атомов водорода. Важная особенность этих К. г. — высокая стабильность частоты генерации, достигающая 10–13, в силу чего они используются как Квантовые стандарты частоты.

К. г. оптического диапазона — Лазеры. (оптические квантовые генераторы, ОКГ) появились в 1960. Лазеры работают в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетовой до субмиллиметровой областей спектра, в импульсном и непрерывном режимах. Существуют лазеры на кристаллах и стеклах, газовые, жидкостные и полупроводниковые. В отличие от др. источников света (См. Источники света), лазеры излучают высококогерентные монохроматические световые волны, вся энергия которых концентрируется в очень узком телесном угле.

2)

С увеличением электрич. поля растёт как скорость направленного движения (дрейфа) Г. э., так и скорость их хаотич. теплового движения . При малой неупругости рассеяния на фононах скорость остаётся большой по сравнению с даже в сильных полях, что позволяет найти функцию распределения Г. э. по энергии в аналитич. виде и зависимость от E. При большой же неупругости в сильных полях-величины одного порядка и аналитич. решение получить не удаётся.

Отклонения от закона Ома. Основной эффект, в к-ром проявляется разогрев носителей заряда в полупроводниках с ростом электрич. поля,- изменение электропроводности и отклонение вольт-амперной характеристики (BAX) полупроводников от линейной, т. е. от закона Ома (рис. 2). Если электропроводность с ростом поля увеличивается, то BAX наз. суперлинейной, если же падает,- сублинейной.

БИЛЕТ №7

1)

Итак, каждый атом обладает дискретным набором энергетических уровней. Электроны атома, находящегося в основном состоянии (состояние с минимальной энергией), при поглощении квантов света переходят на болеее высокий энергетический уровень - атом возбуждается; при излучении кванта света все происходит наоборот. Причем излучение света, т.е переход на более низкий энергетический уровень (рис. 1б) может происходить самопроизвольно (спонтанно) или под действием внешнего излучения (вынужденно) (рис.1в). Причем, если кванты спонтанного излучения испускаются в случайных направлениях, то квант вынужденного излучения испускается в том же направлении, что и квант вызвавший это излучение, то есть оба кванта полностью тождественны.

Для того чтобы преобладали переходы, при которых происходит излучение энергии (переходы с верхнего энергетического уровня на нижний), необходимо создать повышенную концентрацию возбужденных атомов или молекул (создать инверсную населенность). Это приведет к усилению падающего на вещество света. Состояние вещества, в котором создана инверсная населенность энергетических уровней, называется активным, а среда, состоящая из такого вещества - активной средой.

Процесс создания инверсной населенности уровней называется накачкой

2) смбил5

БИЛЕТ№9

1. Полупроводниковый лазер, полупроводниковый квантовый генератор, лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества. В Полупроводниковый лазер, в отличие от лазеров др. типов, используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла (см. Твёрдое тело). В Полупроводниковый лазер возбуждаются и излучают (коллективно) атомы, слагающие кристаллическую решётку. Это отличие определяет важную особенность Полупроводниковый лазер — малые размеры и компактность (объём кристалла ~10-6—10-2см3). В Полупроводниковый лазер удаётся получить показатель оптич. усиления до 104 см-1 (см. Усиления оптического показатель), хотя обычно для возбуждения генерации лазера достаточны и меньшие значения (см. ниже). Другими практически важными особенностями Полупроводниковый лазер являются: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 30—50%); малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 109 Ггц); простота конструкции; возможность перестройки длины волны l излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм.

2. Гальваномагнитные эффекты - совокупность эффектов, связанных с воздействием магнитного поля на электрические свойства проводников (металлов и полупроводников), по которым течёт ток. Наиболее существенны гальваномагнитные эффекты в магнитном поле, которое направленно перпендикулярно току. 1Эффект Холла 2Магнетосопротивление 3Эффект Эттингсгаузена 4Эффект Нернста-Эттингсгаузена 5Гигантское магнитное сопротивление6 Эффект Риги-Ледюка

БИЛЕТ№11

1) Эффект Холла заключается в возникновении электрического поля в твердом теле, через которое пропускают ток, при этом перпендикулярно к направлению тока прилагают магнитное поле. Отклонение электронов в магнитном поле создает объемный заряд, что приводит к возникновению электрического поля. Напряженность этого поля направлена перпендикулярно к току и напряженности магнитного поля. Теория определения знака носителя по эффекту Холла требует привлечения квантовой механики.

Измерения показали, что подвижность электронов проводимости в полупроводниках близка к таковой у металлов. Меньшая электропроводность, таким образом, определяется тем, что концентрация электронов проводимости меньше, чем в металлах, в сотни тысяч и миллионы раз.

Эффект Холла показал также, что наряду с отрицательно заряженными носителями зарядов в полупроводниках заряд переносится положительными зарядами, имеющими массу электрона. В некоторых проводниках перенос осуществляется одними отрицательными зарядами, в других - одними положительными, а в третьих - и теми, и другими одновременно. Подвижность электронов обычно несколько больше подвижности дырок.

2)

БИЛЕТ №12

1)

Наночастицы. Определение составов наночастиц кубической группы симметрии

2)

Контакт двух металлов по зонной теории. Термоэлектрические явления и их применения.

Электроны проводимости в металле можно рассматривать как вырожденный идеальный Ферми-газ, находящийся в потенциальном «ящике» с плоским дном. Если принять, что вне незаряженного проводника потенциал электрического поля , то внутри металла >0, а «глубина» потенциального «ящика» равна (рис. 19.1).

Электроны проводимости заполняют энергетические уровни, начиная с дна «ящика» (W= ) и до уровня Ферми W=, где — химический потенциал электронов в металле. Величину называют электрохимическим потенциалом электронов в металле. Соответственно уровень Ферми часто называют уровнем электрохимического потенциала. Работа выхода А электрона из металла отсчитывается от уровня Ферми:

Если два различных металла привести в соприкосновение, то между ними возникает разность потенциалов, называемая контактной разностью потенциалов. Итальянский физик А. Вольта (1745—1827) установил, что если металлы Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd привести в контакт в указанной последовательности, то каждый предыдущий при соприкосновении с одним из следующих зарядится положительно. Этот ряд называется рядом Вольта. Контактная разность потенциалов для различных металлов составляет от десятых до целых вольт.

БИЛЕТ №13

1) Контакты металл-полупроводник.

Контакты полупроводника с металлом играют важную роль в полупроводниковых приборах. Структура и свойства этих Контактов зависят в первую очередь от взаимного расположения проводимости полупроводника, заполнены в металле больше, чем в полупроводнике. Следовательно, после соприкосновения слоев часть электронов перейдет из металла в полупроводник и создаст отрицательный заряд на границе с металлом. Наличие дополнительных электронов согласно приводит к уменьшению расстояния между уровнем Ферми и дном зоны проводимости в этой области, поэтому энергетические уровни полупроводника искривляются вниз.

Область искривления зон (т. е. область пространственных зарядов) имеет протяженность, примерно равную дебаевской длине, которая в зависимости от удельного сопротивления полупроводника может составлять десятые, сотые доли микрона и меньше (вплоть до единиц нанометров). Описанный выше обмен электронами между металлом и полупроводником обычно характеризуют не разностью "исходных" уровней Ферми, а разностью работ выхода. Работой выхода электрона из твердого тела называют энергетическое "расстояние" между уровнем свободного электрона вне твердого тела и уровнем Ферми.

В зависимости от соотношения значений электроны при сближении слоев переходят либо из металла в полупроводник, либо из полупроводника в металл. В обоих случаях происходит искривление энергетических зон и на границе раздела появляется тот равновесный поверхностный потенциал.

2) см. билет7

БИЛЕТ№14

1)см билет7

2) Подвижность слабо зависит от температуры. Для нелегированных полупроводников она падает с увеличением температуры пропорционально T-3/2. Поэтому электропроводность для нелегированных материалов определяется изменением концентрации, которая экспоненциально растет с температурой. Зависимость электропроводности от температуры показана на правом рисунке. Как видно из графиков, чем больше ширина запрещенной зоны, тем меньше абсолютное значение проводимости, однако тем сильнее проводимость зависит от температуры (больше наклон).

БИЛЕТ№15

1. Определение составов наночастиц икосаэдрической симметрии

2. В области слабых полей увеличение удельной проводимости (уменьшение сопротивления изоляции) с повышением приложенного напряжения можно объяснить, наряду с образованием объемных зарядов, плохим контактом между электродом и диэлектриком, изменением под действием поля формы и размеров включений влаги, ионизацией газовых включений и др.

В сильных полях 10 - 100 МВ/м зависимость удельной проводимости от напряженности Е хорошо описывается эмпирической формулой Пуля:

A= Ao*exp(B1*E),

а в некоторых случаях формулой Френкеля:

A =Aо*exp(B2*E).

БИЛЕТ№16

1)смб13

2) Измерение сопротивления монокристаллических образцов металлов в сильных магнитных полях — один из важных методов изучения металлов. Исследуется зависимость сопротивления от величины магнитного поля и его направления относительно кристаллографических осей. Теория Г. я. показала, что зависимость сопротивления от поля Н существенно связана с энергетическим спектром электронов. Резкая анизотропия сопротивления в сильных магнитных полях (у Au, Ag, Cu, Sn и др.) означает существ, анизотропию Ферми поверхности (См. Ферми поверхность). И, наоборот, небольшая анизотропия сопротивления в магнитном поле означает практическую изотропию поверхности Ферми. При этом, если с ростом магнитного поля для всех направлений ? не стремится к насыщению (Bi, As и др.), то электроны и дырки содержатся в проводниках в равных количествах. Стремление сопротивления к насыщению означает, что преобладают либо электроны, либо дырки (тип носителей может быть установлен по знаку постоянной Холла).

Наряду с поперечными Г. я. наблюдается также небольшое изменение сопротивления металлов в магнитном поле, параллельном току I: (??/?)||, наз. продольным гальваномагнитным эффектом . В сильных магнитных полях обнаруживаются квантовые эффекты, проявляющиеся в немонотонной (осциллирующей) зависимости постоянной Холла и сопротивления от поля Н.

БИЛЕТ№17

1. Состав наночастиц тетраэдрической симметрии

2. К поперечным гальваномагнитным явлениям относят эффекты Холла и ​Эттингсгаузена, к продольным - изменение продольного сопротивления в ​магнитном поле и эффект Нернста

БИЛЕТ№18

1)Зинеровский или Туннельный пробой связан с туннельными переходами электронов сквозь узкий и высокий потенциальный барьер. Такой пробой возникает в p-n-переходах на базе сильнолегированных областей n - и p-типа .