Τα ηλεκτρόνια στα Μέταλλα Α. Χωρίς ηλεκτρικό πεδίο: 1. Τι είδους κίνηση κάνουν τα ηλεκτρόνια; Τα ηλεκτρόνια συγκρούονται μεταξύ τους; 2. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και πόσα προς τας αριστερά σε 30 sec; Πως ερμηνεύετε την παρατήρησή σας; 3. Παρατηρείστε το ίχνος ενός ηλεκτρονίου (click here to select an electron to trace) 4. Ποια είναι η επίδραση της θερμοκρασίας στην κίνηση των ηλεκτρονίων; 5. Προσθέστε μερικά άτομα πρόσμιξης. Τοποθετήστε κάποιο ή κάποια από αυτά κοντά στα άτομα του υλικού (άσπρες μπάλες). Περιμένετε μέχρι να δείτε κάποια ηλεκτρόνια να παγιδεύονται. Ο χρόνος παγίδευσης είναι ο ίδιος πάντοτε; Β. Με ηλεκτρικό πεδίο 1. Αφαιρέστε τις προσμείξεις 2. Προσθέστε ηλεκτρικό πεδίο. (μπορείτε να επιλέξτε από τον συρόμενο δείκτη speed of animation) 3. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και πόσα προς τα αριστερά σε 30sec (αφήστε το πείραμα να τρέξει για 40-4. Παρατηρείστε το ίχνος ενός ηλεκτρονίου (click here to select an electron to trace) 5. Μειώστε την θερμοκρασία. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και 6. Αυξήστε την θερμοκρασία. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και 7. Προσθέστε μερικά άτομα πρόσμιξης. Τοποθετήστε κάποιο ή κάποια από αυτά κοντά στα άτομα του υλικού (άσπρες μπάλες). Περιμένετε μέχρι να δείτε κάποια ηλεκτρόνια να παγιδεύονται; Ο χρόνος παγίδευσης είναι ο ίδιος πάντοτε;
Ευκίνητοι φορείς σε ημιαγωγούς. Πηγαίνετε στην διεύθυνση: http://www.collage.soe.ucsc.edu/javafiles/electronsemisimulation.html Απαντήστε τις παρακάτω ερωτήσεις Α. Χωρίς ηλεκτρικό πεδίο: 6. Τι είδους σωματίδια εμφανίζονται στην οθόνη; Μετρήστε το πλήθος των Ατόμων Ν το πλήθος των ηλεκτρονίων n και το πλήθος των οπών p. Συγκρίνετε με την περίπτωση των μετάλλων. Εξηγείστε τις διαφορές. 7. Τι συμβαίνει όταν συγκρούεται μία οπή με ένα ηλεκτρόνιο; Πως εξηγείτε την παρατήρησή σας; 8. Ποια είναι η επίδραση της θερμοκρασίας στο πλήθος των ηλεκτρονίων και των οπών; Πως εξηγείτε η παρατήρησή σας. Συγκρίνετε με τη περίπτωση των μετάλλων. 9. Προσθέστε μερικά άτομα πρόσμιξης. Τοποθετήστε κάποιο ή κάποια από αυτά κοντά στα άτομα του υλικού (άσπρες μπάλες). Δημιουργούνται παγίδες οπών και ηλεκτρονίων; Β. Με ηλεκτρικό πεδίο 8. Αφαιρέστε τις προσμείξεις 9. Προσθέστε ηλεκτρικό πεδίο. Πως κινούνται τα ηλεκτρόνια και πως οι οπές; (μπορείτε να επιλέξτε τον συρόμενο δείκτη speed of animation για να μπορέσετε να επιβραδύνετε την κίνηση και να παρατηρήσετε την κίνηση των ευκίνητων φορέων) 10. Παρατηρείστε το ίχνος ενός ηλεκτρονίου και μετά μιας οπής (χρησιμοποιείστε την επιλογή click here to select an electron to trace) 11. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και πόσα προς τα αριστερά σε 30sec (αφήστε το πείραμα να τρέξει για 40-12. Μειώστε την θερμοκρασία. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και 13. Αυξήστε την θερμοκρασία. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε προς τα δεξιά και
1. Πόσα ηλεκτρόνια περνάνε σε ρεύμα 1mA; Δίνεται q e 1,6 10 1sec από ένα σύρμα που διαρρέεται από 2. Να υπολογιστεί η αντίσταση ενός αγωγού μήκους κυκλική διατομή διαμέτρου 19 ; 600m, 1,7 10 8 18nF m 1,2 που έχει 3. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή MOS είναι. O πυκνωτής αυτός συνδέθηκε με έναν άλλο πυκνωτή και η συνολική χωρητικότητα βρέθηκα να είναι. Να βρεθεί ο τρόπος συνδεσμολογίας και η χωρητικότητα του δεύτερου πυκνωτή 4. Στην οπτική λιθογραφία το δείγμα υπόκειται σε δύο θερμικές 4nF διεργασίες. Η πρώτη σε φούρνο plate στους 0 120 C για 0 90 C για 15min και η δεύτερη σε hot 10min. Εξηγήστε τον σκοπό κάθε θερμικής διεργασίας. 5. Τι είναι το lift-off; 6. Τι είναι η επαφή Schottky; 7. Ποια είναι η χαρακτηριστική μιας επαφής μετάλλου-ημιαγωγού; Αιτιολογήστε την μορφή της χαρακτηριστικής. 8. Τι είναι μια ωμική επαφή; 9. Πως μια επαφή μετάλλου-ημιαγωγού μπορεί να γίνει ωμική επαφή; 10. Ποια είναι τα στάδια της οπτικής λιθογραφιάς; 11. Εξηγήστε το στάδιο της εμφάνισης 12. Η ανόπτηση στους 450 0 C μετατρέπει την επαφή Si/Al σε ωμική. Εξηγήστε πως γίνετε αυτό. 13. Πως είναι οργανωμένα τα άτομα των μετάλλων και των ημιαγωγών; 14. Από πού προέρχονται τα ελεύθερα ηλεκτρόνια; 15. Ποια είναι η φυσική ποσότητα που θέλουμε να γνωρίζουμε για τα ελεύθερα ηλεκτρόνια; 16. Πόσα Joule είναι τα 2eV; 17. Πόσα ev είναι το 1mJoule; 18. Γιατί το 1Joule δεν είναι καλή μονάδα μέτρησης της ενέργειας των ελεύθερων ηλεκτρονίων; 19. Τι είναι η στάθμη κενού; 20. Τι είναι οι καταστάσεις των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ένα μέταλλο; 21. Πόση είναι περίπου η ενέργεια των ελεύθερων ηλεκτρονίων; 22. Από τι εξαρτάται το πλήθος των ενεργειακών καταστάσεων σε ένα μέταλλο; 23. Πόση είναι η διαφορά ενέργειας ανάμεσα σε δύο καταστάσεις; 24. Τι είναι η πυκνότητα των ενεργειακών καταστάσεων;
25. Ποιοι είναι οι κανόνες με τους οποίους γεμίζουν οι καταστάσεις σε ένα μέταλλο; 26. Τι είναι η στάθμη Fermi; 27. Σε ένα μέταλλο ποιες καταστάσεις είναι γεμάτες και ποιες είναι άδειες; 28. Τι είναι η ενέργεια σύνδεσης; 29. Ποια είναι η ενέργεια σύνδεσης για τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στη στάθμη Fermi; 30. Από πού προέρχονται τα ηλεκτρόνια που εξέρχονται με μέγιστη κινητική ενέργεια από ένα μέταλλο; 31. Ένα μέταλλο έχει τη στάθμη Fermi στα 2,5eV. Εάν ρίξουμε φως ενέργειας 4eV ποια είναι η μέγιστη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που θα βγουν από το μέταλλο; Πόση ενέργεια σύνδεσης έχουν τα ηλεκτρόνια που βγαίνουν από το μέταλλο με μηδενική κινητική ενέργεια; 32. Ένα μέταλλο έχει τη στάθμη Fermi στα 2,5eV. Στο μέταλλο ρίχνουμε φως ενέργειας 4eV και με μια κατάλληλη διάταξη βλέπουμε ότι βγαίνουν 7000 ηλεκτρόνια που έχουν κινητική ενέργεια 1eV και 3500 ηλεκτρόνια με κινητική ενέργεια 0,5eV. Τι συμπέρασμα βγάζετε από αυτούς τους αριθμούς σχετικά με την πυκνότητα ενεργειακών καταστάσεων στο μέταλλο; 33. Τι πληροφορία δίνουν οι μετρήσεις UPS; 34. Πως ονομάζεται η γεμάτη κατάσταση που είναι πιο κοντά στην στάθμη κενού; 35. Πόσο απέχουν δύο καταστάσεις σε ένα μέταλλο; 36. Σε ένα μέταλλο ρίχνουμε φωτόνια 21eV. Με ένα κατάλληλο σύστημα αισθητήρων βλέπουμε ότι βγαίνουν 2000 ηλεκτρόνια με κινητική ενέργεια 4eV και 3000 ηλεκτρόνια κινητική ενέργεια 16eV, που είναι και η μέγιστη τιμή της κινητικής ενέργειας. α) Ποια είναι η τιμή της ενέργειας Fermi; β) Πόση ενέργεια είχαν τα ηλεκτρόνια κινητικής ενέργειας 3 και 16eV όταν βρισκόντουσαν μέσα στο μέταλλο; γ) Ποια είναι η σχέση ανάμεσα στις πυκνότητες καταστάσεων; 37. Τι μετράμε σε ένα πείραμα UPS; Τι δείχνει ο οριζόντιος και τι ο κατακόρυφος άξονας σε ένα φάσμα UPS; 38. Σε ένα φάσμα UPS από πού προέρχονται τα ηλεκτρόνια με την μέγιστη κινητική ενέργεια; 39. Τι είναι τα πρωτογενή και τα δευτερογενή ηλεκτρόνια; 40. Πως υπολογίζεται το έργο εξαγωγής από ένα φάσμα UPS; 41. Σε ένα φάσμα UPS η ενέργεια κατωφλίου είναι 6eV. Τι σημαίνει αυτό; 42. Ποιο μέρος του φάσματος UPS μας δίνει πληροφορίες για την πυκνότητα ενεργειακών καταστάσεων;
43. Στα προβλήματα αγωγιμότητας ποιο μέρος του φάσματος UPS μας ενδιαφέρει; 44. Ποια μορφή έχουν τα φάσματα UPS κοντά στη στάθμη Fermi; 45. Σχολιάστε την ορθότητα της φράσης: Η στάθμη Fermi χωρίζει τις γεμάτες από τις άδειες καταστάσεις. 46. Από τι εξαρτάται το εύρος των ενεργειακών καταστάσεων, γύρω από τη στάθμη Fermi, που έχουν ενδιάμεσες τιμές πληρότητας; 47. Σχεδιάστε την συνάρτηση Fermi-Dirac στους 300 και στους 30 0 Kelvin, σημειώνοντας στο διάγραμμα όλες τις λεπτομέρειες. Θεωρείστε ότι μ=- 2eV 48. Σχεδιάστε το ενεργειακό διάγραμμα ζωνών για ένα μέταλλο και έναν ημιαγωγό. Τι διαφορές υπάρχουν ανάμεσα στην ζώνη σθένους, την ζώνη αγωγιμότητας και το ενεργειακό χάσμα; 49. Τι είναι αυτοφυής ημιαγωγός; Που βρίσκεται η στάθμη Fermi; 50. Τι ονομάζουμε έργο εξαγωγής και τι ηλεκτραρνητικότητα και τι ενέργεια ιονισμού σε ένα ημιαγωγό; 51. Σε ένα φάσμα UPS ημιαγωγού: από πού προέρχονται τα ηλεκτρόνια που βγαίνουν με μέγιστη κινητική ενέργεια; 52. Τι τιμές παίρνει το ενεργειακό χάσμα στους ημιαγωγούς και τους μονωτές; 53. Πως βρίσκουμε την θέση της στάθμης Fermi σε ένα διάγραμμα UPS ενός ημιαγωγού;
Vhall (mv) Φαινόμενο Hall Δίνεται η γραφική παράσταση της τάσης Hall συναρτήσει του ρεύματος που διαρρέει ένα δείγμα Ge τύπου n. Υπολογίστε την συγκέντρωση ηλεκτρονίων ανά cm 3. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι Β=202mTesla, το πάχος του δείγματος γερμανίου είναι d=1mm και το φορτίο του ηλεκτρονίου q=1,6x10-19 Cb. B V Hall I nqd Vhall vs Current 40 20 y = -0,9695x + 1,1265 R² = 0,9997 0-40 -20 0 20 40-20 -40 Ι (ma) Από την γραφική παράσταση του ρεύματος συναρτήσει της τάσης υπολογίστε την αντίσταση. Δίνεται ότι το μήκος του δείγματος είναι το πλάτος w 1cm και το πάχος d 1mm συνέχεια χρησιμοποιήστε την εξίσωση των ηλεκτρονίων στο δείγμα Ge σε l 2cm S m. Υπολογίστε την ειδική αγωγιμότητα. Στη 2 cm Volt sec nq και υπολογίστε την ευκινησία