Docstoc

____ ______ _____ VLSI

Document Sample
____ ______ _____ VLSI Powered By Docstoc
					  ‫הפקולטה להנדסה‬                                                    ‫מבוא להתקני מוליכים למחצה‬
  ‫פרופ' יוסי שחם‬                                                               ‫סמסטר ב' 8991‬

                                             ‫בוחן מס 1‬
                                                                                           ‫שאלה 1‬

    ‫1. נתונים לך שני חומרים מוצקים שונים ונאמר לך שאחד מהם הנו מוליך למחצה. אני מציע לך לבדוק את‬
 ‫התכונות האופטיות של החומרים ולבצע מדידות העברה בספקטרומטר. מדוע לדעתך אני מציע זאת ומה אתה‬
  ‫מצפה לראות ? אתה מוצא שהחומר הראשון (להלן חומר א') מעביר קרינה אינפרא אדומה אך בולע חזק אור‬
 ‫נראה באורך גל הקצר מ- 008 ננומטר. החומר השני (להלן חומר ב') מעביר קרינה אינפרא אדומה ,הוא שקוף‬
‫לאור נראה ומתחיל לבלוע חזק בתחום האולטרא סגול באורך גל של 52.0 מיקרון. מצא מיהו המוליך למחצה‬
‫ומהו החומר השני (מתכת או מבודד). תאר את התנהגות החומרים הללו לפי מודל פסי האנרגיה והערך את רוחב‬
                                                                              ‫הפס האסור שלהם.‬

        ‫2. אתה עורך מספר ניסויים בתכונות המוליכות של החומרים הנ"ל ומגלה שכאשר מחממים את שני‬
                                                                  ‫החומרים מקבלים את התלות הבאה:‬

‫002 מעלות‬      ‫חומר א': מוליכות של 1-( ‪  1 ( cm‬בטמפרטורת חדר שיורדת עם הטמפרטורה עד ל‬
                                   ‫צלזיוס. לאחר מכן המוליכות עולה באפן אכספוננציאלי עם הטמפרטורה.‬

       ‫חומר ב': מוליכות מאוד נמוכה 1-)‪  10-10 ( cm‬בטמפרטורת חדר ותלויה באופן חלש בטמפרטורה.‬

 ‫הסבר את ההתנהגות של שני החומרים ? מי מהם מתנהג כמוליך למחצה.? איך היית מגדיר את החומר השני ?‬

    ‫3. כיצד תחלץ ממדידת המוליכות כתלות בטמפרטורה את ריכוז נושאי המטען האינטרינזי ? הנח שידוע לך‬
  ‫עבור החומר הנ"ל, בטמפרטורות מעל ‪ ,273C‬שהניידות של החורים ושהאלקטרונים יורדת לפי 2/3- ‪ .T‬הסבר‬
                                    ‫בפרוטרוט את הניסוי , סכם את הנוסחאות, ותאר את ניתוח התוצאות.‬

‫4. בעזרת ניסוי הול מצאת שהמוליך למחצה הנו מסוג ‪ n‬וריכוז נושאי המטען בחושך הנו 6101 לס"מ3 . מצא‬
‫‪2 (‬‬   ‫את הניידות של האלקטרונים בחומר הנ"ל. )אם אתה לא בטוח מיהו המוליך למחצה הנח מוליכות של 1-(‬
       ‫‪  cm‬בטמפרטורת חדר). לאחר מכן הארת את המוליך למחצה וריכוז האלקטרונים הוכפל. כתוב את‬
                                                               ‫הביטוי של המוליכות הסגולית בהארה ?‬

    ‫5. מעלים את ריכוז הסיגים פי 01 ומעלים את הטמפרטורה ב 002 מעלות צלזיוס, הערך את המוליכות‬
  ‫הסגולית במקרה זה. הנח מסה אפקטיבית (יחסית למסת אלקטרון חופשי) של 2.0 עבור חורים ואלקטרונים‬

       ‫ורוחב פס אסור של ‪ .1.5 eV‬כמו כן הנח שזמן הרלקסציה הממוצע‪ ‬בין ההתנגשויות של נושאי המטען עם‬
                                    ‫גורמים בגביש הקובעים את הניידות הנו זהה עבור אלקטרונים וחורים.‬
                                                                                           ‫שאלה 2‬

                                                ‫רוחב הפס האסור של סיליקון קטן עם הטמפרטורה לפי :‬
                     ‫) ‪E g ( T)  E g (0) - T 2 / (T + ‬‬
                     ‫,]‪E g (0) = 1.17  0.001 [eV‬‬

                     ‫]‪ / 10  4 = 4.730  0.25 [eV K],  = 636  50 [K‬‬


‫1. כתוב את הביטוי המפורש של תלות , ‪ ni‬בטמפרטורה. חשב מהו השינוי היחסי ב- ‪ ni‬עבור שינוי טמפרטורה של‬
  ‫9101‪NC=3.22x‬‬   ‫מעלה אחת בטמפרטורת חדר כאשר מניחים ש- ‪ Eg‬תלוי בטמפרטורה. הנח שבטמפרטורת חדר‬
        ‫3-‪ . cm-3 & NV=1.83x1019 cm‬כמו כן הנח שבקרוב ראשון המסות האפקטיביות אינן תלויות בטמפרטורה.‬

      ‫2. מוסיפים לסיליקון זרחן בריכוז 6101 לס"מ3 ובורון בשיעור 6101 ‪ 8 x‬לס"מ3. מהו סוג המוליך למחצה‬
           ‫המתקבל ? מהו ריכוז החורים והאלקטרונים בטמפרטורת חדר ? מהי אנרגית פרמי במקרה הנ"ל ?‬

              ‫3. מהי המוליכות הסגולית של החומר הנ"ל בטמפרטורת חדר? להלן הניידות בטמפרטורת חדר:‬

‫)‪ .p = 480 cm2/(V sec) n = 1350 cm2/(V sec‬תאר באופן איכותי את תלות המוליכות בטמפרטורה. מהם‬
‫התחומים השונים המאפיינים את תלות המוליכות בטמפרטורה ? הערך את טמפרטורות המעבר בין התחומים.‬

     ‫4. חשב את ההתנגדות והשינוי היחסי של ההתנגדות כתלות בטמפרטורה בטמפרטורת חדר של נגד העשוי‬
 ‫מהמוליך למחצה הנ"ל ושממדיו הנם: אורך: 1 מ"מ, רוחב: 01 מיקרון, עובי: 2 מיקרון. השינוי היחסי של‬
                                                                   ‫‪1 dR‬‬
 ‫‪ .  T ‬מהו הסימן של ‪ T‬בטמפרטורת חדר ? בטמפרטורות גבוהות ?‬        ‫‪‬‬   ‫ההתנגדות מוגדר לפי:‬
                                                                   ‫‪R dT‬‬
                                               ‫בטמפרטורות הנמוכות בהרבה מטמפרטורת חדר ? (הסבר)‬

    ‫5. א. האם היחס בין ההתנגדויות של נגדים בעלי ממדים שונים, העשויים מאותו חומר, תלוי בטמפרטורה ?‬

   ‫ב. האם היחס בין ההתנגדויות של נגדים בעלי ממדים שונים, העשויים מאותו חומר אך בעלי ריכוז סיגים‬
                                                                     ‫שונה, תלוי בטמפרטורה ? הוכח.‬

   ‫ג. האם היחס בין ההתנגדויות של נגדים בעלי ממדים שונים, העשויים מאותו חומר אך בעלי ריכוז סיגים‬
                                              ‫שונה והחד מסוג ‪ N‬והשני מסוג ‪ ,P‬תלוי בטמפרטורה ? הוכח.‬

   ‫ד. האם היחס בין ההתנגדויות של נגדים בעלי ממדים זהים, העשויים מחומרים שונים ובעלי אותו ריכוז‬
                                                                       ‫סיגים, תלוי בטמפרטורה ?‬

                            ‫כיצד לדעתך ניתן להשתמש בתכונות הללו עבור תכנון מעגלים אלקטרונים ?‬

				
DOCUMENT INFO