Задачі
1(1,2)
1. Кремній Si і арсенід галію GaAs леговані донорною домішкою до концентрації . Вважаючи, що домішка є повністю іонізованою, знайти концентрацію основних і неосновних носіїв заряду при температурі Т=300 К.
Розв’язання:
Домішка цілком іонізована, коли концентрація рівноважних електронів рівна концентрації легуючої домішки . З основного співвідношення для напівпровідників знайдемо концентрацію неосновних носіїв заряду .
Для Si
,
Для GaAs
.
2(1,4)
2. Знайти об’ємне положення рівня Фермі в германію марки ГДА- 10 при температурі Т=300 К.
Розв’язання:
В легованому напівпровіднику положення рівня Фермі можна розрахувати за формулою:
.
Концентрацію основних носіїв знайдемо, знаючи величину опіру , як:
.
В результаті:


3(1,9)
3. Знайти концентрацію легуючої акцепторної домішки для кремнію Si і германію Ge, при якій наступає виродження концентрації вільних носіїв заряду при кімнатній температурі Т=300 К.
Розв’язок:
Виродження в напівпровіднику наступає тоді, коли рівень Фермі F наближається до C- або V- зони на відстань порядку kT , тобто . В випадку цілковитої іонізації домішки концентрація дірок визначається як:

і дорівнює рівню легування : .
Для Si:
,
для Ge:
.
4(11,3)
4. Лавинний фотодіод з коефіцієнтом помноження М=20 працює на довжині хвилі . Розрахувати квантовий вихід і вихідний фотострум приладу, якщо його чутливість R на цій довжині хвилі дорівнює 0,6 A/Bт при потоці .
Розв’язання:
Вихідна оптична потужність дорівнює:
,
фотострум
,
вихідний струм
,
,
звідси квантовий вихід

5(11,4)
5. Кремнієвий лавинний фотодіод має коефіцієнт помноження М=20 на довжині хвилі 0,82мкм, при цьому квантовий вихід має 50% і темновий струм
1 нА. Визначити число падаючих фотонів на цій довжині хвилі в секунду, які забезпечують вихідний струм приладу (після помноження), більший за рівень темнового струму.
Розв’язання:
Струм на виході , звідси маємо

і .
6(2,7)
6. Знайти максимальне значення електричного поля Е і ширину областей просторового заряду і в електронному і дірковому германію для р-п- переходу в рівноважних умовах.
Розв’язання:
Ширина області збіднення в п- типі визначається як:

Знайдемо спочатку , і :
,
,
.
Підставивши, отримаємо:
,
,

7(10,1)
7. Ефективність перетворення зовнішньої (електричної) потужності планарного GaAs- світлодіоду h рівна 1,5% при прямому струмі І =50 мА і різниці потенціалів U=2 В. Оцінити генеруючи приладом оптичну потужність , якщо коефіцієнт відбивання R на границі GaAs- повітря рівний R=0,8. Коефіцієнт заломлення GaAs n=3.6.