电子器件习题答案

第一章作业1．形状记忆合金为什么具有形状记忆的功能？答：马氏体相变过程如右图。将形状记忆合金从高温母相（a）冷却，在低于室温附近的某一温度时，母相（a）变为马氏体相（b），这时的马氏体是由晶体结构相同，结晶方向不同的复数同系晶体构成，同母相相比，各同系晶体都发生了微小变形，但形成同系晶体时避免相互之间形变，从而保证在外形上没有改变。马氏体相中的A面和B面在足够小的力下即能移位，所以马氏体相材料柔软，易变形，在外力作用下，马氏体向着外力择优的方向变形为变形马氏体相（c）。此材料在加温时，又能返回母相（a），从而恢复形状，马氏体相（b）在温度高于一定程度逆相变点Af时也能返回高温母相。一般来说，高温母相只有温度冷却到马氏体相变温度Ms以下时，才开始向马氏体相转变，但在外力作用下，即使温度高于逆相变点（Af），也能形成马氏体相，但此时仅能形成择优方向的变形马氏体，由于在温度高于（Af）时，马氏体相能量不稳定，除去电荷后立即能恢复到母相（a）。综上可知，形状记忆合金具有形状记忆功能。2．分析说明温度变化对高纯的Cu，Si及(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金电阻率（ρ）的影响1）Cu(金属)：温度升高散射作用增大，电阻率（ρ）升高；温度下降散射作用减小，电阻率（ρ）下降；2）Si（半导体）：温度升高晶格散射加剧会使μn减小，但激发产生的载流子增多，使ρ减小占优势，从而使宏观电阻率ρ减小，使Si呈现负温度特性。3）(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金：①.母相立方晶体，晶格畸变小，散射作用弱，ρ小，马氏体相为斜方晶体，晶格畸变大，散射作用大，ρ大。②相变过程中，混合相看哪相比例大。③温度升高，散射作用大，ρ增大；温度下降，散射作用小，ρ减小；④实线（降温过程）：母相（高温）→Ms:T减小，ρ减小；Ms→Mf:立方→斜方变化，T减小，ρ增大；Mf→马氏体：T减小，ρ减小虚线（升温过程）：马氏体→As:T升高，ρ增大。As→Af:斜方→立方变化，T升高，ρ减小；Af→母相：T升高，ρ升高3.．超导体处于超导态时应具备哪些特征？如何理解超导体的“零电阻”？特征：1）零电阻效应（TTc，R→0）2）迈斯纳效应（TTc，B=0）3）临界磁场效应（TTc，HHc超导态破坏）4）临界电流效应（TTc，IIc超导态破坏）“零电阻”：1）TTc，R→0（比常导体的剩余电阻小得多）2）对直流而言3）TTc，R突变为04..解释超导机理的BCS理论的主要内容是什么？并讨论超导体中常导电子和超导电子的关系如何？要点：1）具有相同速度方向相反的电子在点阵阳离子作用下可结成库伯对——超流粒子。2）电子按费米球分布，能量低的在费米球内形成常导电子，能量高的在费米面附近。3）常导电子和超导电子可以温度而相互转化TTc，全部为常导电子。关系：TTc，形成的库伯对随T降低而增多，T≈0K时，全部形成库伯对。5.以GaAs/GaAlAs组成的超晶格为例，讨论材料厚度变化对晶格材料性质有哪些影响？要点：如果交替生长的薄膜厚度较大，那么量子阱和子能带就不明显，甚至消失而不具有超晶格作用，只能表现出两种禁带宽度E1和E2不同异质结作用。性质：（1）晶格常数（2）禁带宽度（3）隧道效应（4）子能带（5）高速化6.组分超晶格中子能带是如何形成的，影响其禁带宽度的因素有哪些？P.18影响其禁带宽度的因素：有效质量和势阱宽度。7.分析设计应变超晶格材料时，影响其晶格常数和禁带宽度的因素及相互关系p.198.电介质中通常会产生那几种极化方式，简要说明。p.249.分析外电场对晶界势垒及材料的宏观电导率的影响。p.3210.在实际应用中，如何来调整半导体陶瓷材料的电阻呢？p.3211.分析石英晶体各个轴向产生压电效应的机理。第二章作业1.MO晶体中，常见的点缺陷有哪些？并说明电离缺陷的电学性质及成因常见点缺陷种类：施主：Mi,Vx,FM(高价替代)受主：VM，FM,(高价替代)Xi难生成成因：1）具有弗朗克（FrenKel）缺陷的整比化合物2）反弗朗克缺陷的整比化合物3）肖特基（Schottky）缺陷4）反肖特基缺陷5）反结构缺陷6）非整比化合物M1-yX（产生VM）7）Vx空位的产生：MX1-y8）非整比化合物M1+yX（Mi产生）9）产生Xi缺陷MX1+y2.写出处理金属氧化物（MO）晶体中缺陷平衡问题的方法步骤；若真空热处理的MO中主要缺陷为间隙金属原子（M(i)），且为全电离状态，试推导其电导率与氧分压（PO2）的关系式方法：1）根据所给工艺条件，写出产生的主要缺陷反应式；2）写出相应质量作用定律表达式；3）写出简化的电中性条件；4）利用简化的电中性方程和质量作用定律求出缺陷的浓度表达式5）讨论缺陷浓度与T,PO2关系。212'2iMOMeOg2122[][']iOKMeP（1）电中性方程：[']2[]ieM（2）（2）代入（1）有：21136[']OneKP（3）21136nnOnqKqP（5）3.分析非化学计量比MO中Vo占优点缺陷,电导率与氧分压（Po2）的关系。（分高温和低温时讨论即双电离和电电离时讨论）oV占优：低温时：'oO21OVeOg2质量作用定律：222[][']oOKVeP（1）电中性方程：'OeV（2）24[']OKeP（3）21144[']OneKP（4）电导率：21144nnOnqKqP（5）高温（）质量作用定律：224[][']oOKVeP（6）电中性方程：[']2[]oeV（7）（2）代入（1）有：261[']4OKeP21166[']4OneKP（8）电导率：211664nnOnqKqP（9）4.要熟练掌握杂质对非化学计量比组成的晶体中的缺陷平衡的影响的推导，包括金属间隙型氧化物M1+yO，和金属缺位型氧化物M1-yO的高价和低价掺杂情况(四种情况)。5.对2-2和2-3节进行小结，充分了解不同类型缺陷浓度与PO2的关系及变化规律。上课时总结过。6.写出对M2O3体系中分别进行高价、低价掺杂的缺陷反应。Ppt上有。（不要求）7.对施主掺杂的晶体MO，分别进行快速降温和正常降温，缺陷浓度及分布状态有何不同？P62。（不要求）第三章作业1．还望焦克模型及其局限性p70p732.丹尼尔斯模型要点及其解释的实验事实p733.势垒高度表达式p714.如何理解铁电补偿在解释PTC效应中的作用机理。p725.NTC导电机制与结构关系.p766.在MnO中加入NiO经高温处理，可形成半反或全反尖晶石结构，写出相应的结构式和导电过程。p777.试说明由A,B两种导体组成的热电偶的工作原理并推导出其总热电势的表达式接触电势：两种不同导体接触时，在接触处由于载流子浓度的不同相互扩散而形成接触电势差。温差电势：一种导体两端由于温度不同，电子从高温端向低温端扩散而产生温差电势。热电偶回路中包括两个方向相反的接触电势和两个温差电势。当两端置于不同温度下，则产生总的热电势。接触电势：eA.B(T)=BAnneKTlneA.B(T0)=BAnneKTln0总的接触电势为：eA.B(T)-eA.B(T0)=BAnnTTeKTln0A,B各自的温差电势：eA(T,T0)=dTTTA0eB(T,T0)=dTTTB0总的温差电势：eA(T,T0)-eB(T,T0)=dTTTBA0热电偶的总热电势为：EAB(T.T0)=eAB(T)–eAB(T0)-eA(T.T0)+eB(T.T0)=BAnnTTeKln0-dTTTBA0EAB(T.T0)=[eAB(T)–dTTBA0]-[eAB(T0)–dTTBA00]=EAB(T)-EAB(T0)第四章作业1.利用能带理论说明P型半导体的气敏（1）单晶颗粒ＡＷｓ的气体吸附，即还原性气体吸附。空穴将由半导体表面向气体转移，形成正电荷吸附。导致半导体表面空穴减少，能带向下弯曲。电导下降。ＡＷｓ的气体吸附，即氧化性气体吸附。空穴将由气体向半导体表面转移，形成负电荷吸附。导致半导体表面空穴增多，能带向上弯曲。电导增大。（2）晶界P型半导体晶界处势垒如图在晶界处，空气中的氧的吸附很难形成，所以晶界处势垒即接触势垒P型半导体的正电荷吸附ＡＷｓ的气体吸附平衡状态当接触还原性气体时，能带将进一步向下弯曲，电阻增大，即电导下降。当接触氧化性气体时，能带向下弯曲的程度减小，电阻下降，即电导上升。总电阻R=Rv+Rs，所以P型半导体接触还原性气体时，电导下降。P型半导体接触氧化性气体时，电导上升。2.SnO2气敏元件为什么呈现高阻状态？高阻成因：1）晶界势垒2）表面氧的负离子吸附（Oads-、Oads2-）3.试分析说明SnO2气敏元件检测H2气的工作机理。高阻成因：1）晶界势垒2）表面吸附氧形成的负离子吸附（将N-半材导带电子束缚）反应：H2在N-SnO2晶粒表面形成正离子吸附（将电子给SnO2）H2(g)=2Hads另，2222'adsHOHOe（将电子释放还给SnO2）使器件的R↓，σ↑，且与H2浓度成正比。5.电阻型气敏元件的灵敏度定义方法，提高灵敏度的方法p89和p1006.电阻型气敏元件的选择性定义方法，提高选择性的方法p90和p1007.说明掺Y2O3的ZrO2氧传感器的工作原理O2传感器原理：PO2(1)PO2(2)Pt(+):O2+4e→2O2-Pt(-):2O2-→O2+4eO2穿过多孔Pt电极，并在电极处形成O2-，在ZrO2中借助VO空位扩散到Pt(-)，并形成O2。输出22(1)ln[](2)4OOPRTEPF2(2)OP为已知，可求2(1)OP。8减少汽车尾气污染的工作原理及工作过程。汽车尾气净化：1）尾气排出前经三元催化剂净化的效果与尾气中PO2有关，而PO2大小又由燃烧室中燃料燃烧状态决定。2）空燃比由空气过剩率λ表示，（λ=1）为理论空燃比（最好）。3）λ1，缺氧，CO、HC净化率低；λ1，氧过剩，NOx净化差；只有λ≈1时效果最好，此时氧传感器输出（E）正发生急剧变化。E→1.0，λ1，应增大空气量；E→0，λ1，应减小空气量，从而保持λ≈1，燃烧最充分，净化效果最好。