ما الذي ستتعلمه في هذا الفصل إلكترونيات الحالة الصلبة Solid-State Electronics
الأهمية لفصل إلكترونيات الحالة الصلبة Solid-State Electronics
قد تكون رقاقة السليكون الميكروية صغيرة ، إلا أنها قد تحتوي على الملايين من المقاومات والدايودات والترانزستورات فكيف يمكن لهذا المستوى من التعقيد أن يوجد في مثل هذا التركيب الصغير؟
كيف يوصل الدايود الكهرباء؟
التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة
أهداف درس التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة
نظرية الأحزمة للمواد الصلبة
وتعمل هذه الأدوات على تضخيم الإشارات الكهربائية الضعيفة جدا وضبطها،
الطاقة الممنوعة لنظرية الأحزمة للمواد الصلبة
الموصلات الكهربائية
ما عدد الإلكترونات الحرة في السنتمتر المكعب من النحاس (free e" (cm) ؟ علما بأن كثافة النحاس p=8.96 g/cm3، والكتلة الذرية للنحاس 63.54g/mol = ، وعدد الذرات في كل مول نحاس N = 6.02 × 102 atom/m
هل الجواب منطقي ؟ يُتوقع وجود عدد كبير من الإلكترونات في cm
العوازل
إذا علمت أن كثافة عنصر الخارصين g/cm 7.13 وكتلته الذرية 65.37g/mol. وله إلكترونان حران في كل ذرة، فما عدد الإلكترونات الحرة في كل سنتمتر مكعب من الخارصين؟
إذا علمت أن هناك إلكتروناً حراً واحدًا في كل ذرة لعنصر الفضة فاستخدم ملحق كثافة المواد الشائعة وملحق الجدول الدوري، واحسب عدد الإلكترونات الحرة في كل سنتمتر مكعب من الفضة.
لعنصر الذهب إلكترون واحد حر في كل ذرة. استخدم ملحق كثافة المواد الشائعة وملحق الجدول الدوري، واحسب عدد الإلكترونات الحرة في كل سنتمتر مكعب من الذهب.
لعنصر الألومنيوم ثلاثة إلكترونات حرة في كل ذرة. استخدم ملحق كثافة المواد الشائعة وملحق الجدول الدوري، واحسب عدد الإلكترونات الحرة في كل سنتمتر مكعب من الألومنيوم.
صنعت قمة نصب تذكاري من 28358 من الألومنيوم. استخدم المسألة السابقة وحدد عدد الإلكترونات الحرة في قمة هذا النصب.
أشباه الموصلات
أشباه الموصلات النقية.
بسبب الطاقة الحركية الحرارية للسليكون الصلب عند درجة حرارة الغرفة، فإنه يوجد 10 × 1.45 إلكترون حر في كل .cm. ما عدد الإلكترونات الحرة في كل ذرة سليكون عند درجة حرارة الغرفة؟ علماً أن كثافة عن
كثافة عنصر الجرمانيوم النقي 5.23g/cm وكتلته الذرية 72.6g/mol ويوجد فيه free e / cm 10 × 2.25 عند درجة حرارة الغرفة، ما عدد الإلكترونات الحرة الموجودة في كل ذرة؟
أشباه الموصلات المعالجة
لعنصر السليكون (free e / cm 10 1.89 عند درجة حرارة 200.0K. ما عدد الإلكترونات الحرة الموجودة في كل ذرة عند هذه الدرجة؟ كم تكافئ درجة الحرارة هذه بالسلسيوس؟
لعنصر السليكون free en cm 10 19.23 عند درجة حرارة K 100.0. ما عدد الإلكترونات الحرة الموجودة في كل ذرة عند هذه الدرجة ؟ كم تكافئ درجة الحرارة هذه بالسلسيوس ؟
لعنصر الجرمانيوم (free er / cm 1.1610 عند درجة حرارة 200.0k. ما عدد الإلكترونات الحرة الموجودة في كل ذرة عند هذه الدرجة؟
لعنصر الجرمانيوم free en cm 3.47 عند درجة حرارة 100.0K. ما عدد الإلكترونات الحرة الموجودة في كل ذرة عند هذه الدرجة ؟
أشباه الموصلات من النوع الموجب
المجسات الحرارية
يعالج السليكون بفلز الزرنيخ، بحيث يُستبدل بذرة واحدة من كل مليون ذرة سليكون ذرة زرنيخ واحدة. وتمنح كل ذرة زرنيخ حزمة التوصيل إلكترونا واحدًا.
مقاييس الضوء
هل الوحدات صحيحة؟ التحليل يؤكد صحة الوحدات.
إذا أردت الحصول على 10×1 من إلكترونات الزرنيخ المعالج كإلكترونات حرة في السليكون عند درجة حرارة الغرفة، فما عدد ذرات الزرنيخ التي يجب أن توجد لكل ذرة سليكون؟
إذا أردت الحصول على 10 من إلكترونات الزرنيخ المعالج بوصفها إلكترونات حرة في الجرمانيوم شبه الموصل الذي وصف في المسألة 6 فما عدد ذرات الزرنيخ التي يجب أن توجد لكل ذرة جرمانيوم؟
للجرمانيوم 10×1.13 ناقل حراري حر في كل cm عند درجة حرارة K 400.0. إذا عولج الجرمانيوم بواسطة ذرة زرنيخ واحدة لكل مليون ذرة جرمانيوم، فما نسبة الناقلات المعالجة إلى الناقلات الحرارية؟
للسليكون 10×4.54 ناقل حراري حر في كل cm عند درجة حرارة k 400.0. إذا عولج السليكون بواسطة ذرة زرنيخ واحدة لكل مليون ذرة سليكون، فما نسبة الناقلات المعالجة إلى الناقلات الحرارية؟
في السؤال 14 كيف تتوقع أن يكون سلوك الأدوات المصنوعة من الجرمانيوم مقارنة بتلك المصور عند درجات حرارة تزيد على درجة حرارة غليان الماء؟
في أي المواد الموصلة أو شبه الموصلة أو العوازل يُرجح أن تبقى الإلكترونات في الذرة نفسها ؟
إذا زادت درجة الحرارة يزداد عدد الإلكترونات الحرة في أشباه الموصلات النقية. فهل المرجح أن تعتمد موصلية الموصل النقي، أم شبه الموصل غير النقي، على درجة الحرارة؟
يستخدم ثاني أكسيد السليكون على نطاق واسع في صناعة أدوات الحالة الصلبة. ويبين مخطط حزم الطاقة الخاص به فجوة طاقة بمقدار 9eV بين حزمة التكافؤ وحزمة التوصيل، فهل ثاني أكسيد السليكون مفيد أكثر بو
إذا كنت تصمم دائرة متكاملة باستخدام بلورة سليكون، وأردت أن تحصل على منطقة ذات خصائص عازلة جيدة نسبيا، فهل يجب أن تعالج هذه المنطقة أم تتركها بوصفها شبه موصل نقي؟
يتضاعف عدد الناقلات الحرارية الحرة التي ينتجها السليكون عند كل زيادة في درجة الحرارة مقدارها 80 ، 13. يبدو أن الجرمانيوم أفضل للتطبيقات ذات درجة الحرارة الكبيرة، ولكن العكس هو الصحيح. وضح ذلك
لأكسيد الماغنسيوم فجوة ممنوعة مقدارها eV 8. فهل هذه المادة موصلة أم عازلة أم شبه موصلة؟
