Title | semiconductors |
---|---|
Author | Felix Zhdanov |
Pages | 173 |
File Size | 2.5 MB |
File Type | |
Total Downloads | 2 |
Total Views | 25 |
חוברת תרגילים המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה This page is intentionally left blank. 1 המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה ) ע"פ מבחנים ( תוכן עניינים מבחני סוף סמסטר...
חוברת תרגילים
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
This page is intentionally left blank.
1
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
תוכן עניינים
) ע"פ מבחנים (
מבחני סוף סמסטר: מבחן סוף סמסטר ב' תשע "ב ,מועד ב'8 ........................... ................................ 03.08.2012 , מבחן סוף סמסטר ב' תשע "ב ,מועד א'18 ......................... ................................ 29.06.2012 , מבחן סוף סמסטר א' תשע "ב ,מועד ב'27 ......................... ................................ 23.02.2012 , מבחן סוף סמסטר א' תשע "ב ,מועד א'34 ......................... ................................ 31.01.2012 , מבחן סוף סמסטר ב' תשע "א ,מועד ב'42 ......................... ................................ 02.08.2011 , מבחן סוף סמסטר ב' תשע "א ,מועד א'49 ......................... ................................ 15.07.2011 , מבחן סוף סמסטר ב' תשס ”ט ,מועד ב'57 ......................... ................................ 10.09.2010 , מבחן סוף סמסטר א' תשס ”ט ,מועד ב'64 ............................. ................................ 03.2009 , מבחן סוף סמסטר א' תשס ”ט ,מועד א'72 ............................. ................................ 02.2009 , מבחן סוף סמסטר ב' תשס ”ח ,מועד ב'78 .. ................................................................ 2008 , מבחן סוף סמסטר ב' תשס ”ח ,מועד א'85 .. ................................................................ 2008 , מבחן סוף סמסטר א' תשס ”ח ,מועד ב'93 ......................... ................................ 07.03.2008 , מבחן סוף סמסטר א' תשס ”ח ,מועד א'101 ....................... ................................ 15.02.2008 , מבחן סוף סמסטר ב' תשס ”ו ,מועד א'108 . ................................................................ 2006 , מבחן סוף סמסטר א' תשס ”ו ,מועד ב'116 ........................ ................................ 01.03.2006 , מבחן סוף סמסטר א' תשס ”ו ,מועד א'122 ........................ ................................ 08.02.2006 ,
מבחני אמצע סמסטר: מבחן אמצע סמסטר ב' תשע ”ב127 . ................................................................ 08.05.2012 , מבחן אמצע סמסטר ב' תשע ”א133 .................... ................................................................ מבחן אמצע סמסטר א' תש "ע136 ... ................................................................ 15.01.2010 , מבחן אמצע סמסטר ב' תשס "ט141 . ................................................................ 30.05.2009 , מבחן אמצע סמסטר א' תש "ע) 12.2009 ,מועד ב'( 146 ......................... ................................ מבחן אמצע סמסטר א' תשס "ט148 . ................................................................ 27.12.2008 , מבחן אמצע סמסטר ב' תשס "ח153 . ................................................................ 01.05.2008 , מבחן אמצע סמסטר א' תשס "ח158 . ................................................................ 19.12.2007 , מבחן אמצע סמסטר ב' תשס "ז166 .. ................................................................ 16.07.2007 , 2
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
תוכן עניינים
) ע"פ נושאים (
שאלות כלליות בפיזיקת מל"מ )קריסטלוגרפיה ,מבנה גבישי ,אנרגיה ותנע של חלקיקים ,מבנה פסים של מל"מ ,אנרגית פער ,מעברים בין הפסים וכו ' ( : שאלה מס' ,1מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד א'
34
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ט ,מועד ב'
57
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד ב'
64
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד א'
72
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד ב'
79
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד א'
85
שאלה ,1מבחן אמצע סמסטר ב' תשע"ב
127
שאלה ,1מבחן אמצע סמסטר ב' תשע"א
133
שאלה ,2מבחן אמצע סמסטר ב' תשע"א
134
שאלה ,3מבחן אמצע סמסטר ב' תשע"א
134
שאלה ,1מבחן אמצע סמסטר א' תש"ע
136
שאלה ,2מבחן אמצע סמסטר א' תש"ע
136
שאלה ,1מבחן אמצע סמסטר ב' תשס"ט
141
שאלה ,2מבחן אמצע סמסטר א' תש"ע )מועד ב'(
146
שאלה ,3מבחן אמצע סמסטר א' תש"ע )מועד ב'(
147
שאלה ,1מבחן אמצע סמסטר ב' תשס"ח
153
שאלה ,2מבחן אמצע סמסטר א' תשס"ח
158
שאלה ,1מבחן אמצע סמסטר ב' תשס"ז
166
שאלה ,4מבחן אמצע סמסטר ב' תשע"א
135
משוואת הרציפות .תהליכי ייצור ואיחוד: שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד ב'
8
3
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד א'
18
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד ב'
27
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד ב'
42
שאלה ,1מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד א'
49
שאלה ,2סעיף א' ,מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ט ,מועד ב'
58
שאלה ,2סעיף א' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד ב'
65
שאלה 2סעיף א' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד א'
72
שאלה 2סעיפים א' ב' ,מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד ב'
80
שאלה 2סעיפים א' ב' ,מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד א'
86
שאלה 2סעיף ב' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד ב'
94
שאלה 2סעיף ב' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד א'
102
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ו ,מועד א'
109
שאלה 1סעיף ד' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ו ,מועד א'
122
שאלה ,5מבחן אמצע סמסטר א' תש"ע
138
שאלה ,4מבחן אמצע סמסטר ב' תשס"ט
144
שאלה ,5מבחן אמצע סמסטר א' תשס"ט
150
שאלה ,7מבחן אמצע סמסטר ב' תשס"ח
156
שאלה ,8מבחן אמצע סמסטר א' תשס"ח
163
שאלה ,6מבחן אמצע סמסטר ב' תשס"ז
170
דיודה )צומת : ( pn שאלה ,2מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד ב'
9
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד א'
20
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד ב'
28
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד א'
35
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד ב'
43
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד א'
51
4
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ט ,מועד ב'
59
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד ב'
66
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד א'
73
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד ב'
81
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד א'
88
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד ב'
95
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד א'
103
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ו ,מועד א'
111
שאלה ,2מבחן סוף סמסטר א' תשס"ו ,מועד א'
123
טרנזיסטור ביפולארי )( BJT שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד ב'
13
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד א'
23
שאלה 2סעיף ב' ,מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ט ,מועד ב'
58
שאלה 2סעיף ב' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד ב'
65
שאלה 2סעיף ב' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד א'
72
שאלה 2סעיף ג' ,מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד ב'
80
שאלה 2סעיף ג' ,מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד א'
86
שאלה 2סעיף ג' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד ב'
94
שאלה 2סעיף ג' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד א'
102
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ו ,מועד א'
112
שאלה 1סעיף ו' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ו ,מועד ב'
116
שאלה 1סעיף ו' ,מבחן סוף סמסטר א' תשס"ו ,מועד א'
122
טרנזיסטור שדה )( JFET שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד ב'
14
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד א'
23
5
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד ב'
31
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד א'
38
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד ב'
45
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד א'
53
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ט ,מועד ב'
60
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד ב'
69
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד א'
75
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד ב'
82
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד א'
90
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד ב'
97
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד א'
104
קבל MOSוטרנזיסטור : MOS שאלה ,5מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד ב'
15
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד א'
24
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד ב'
32
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר א' תשע"ב ,מועד א'
39
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד ב'
46
שאלה ,4מבחן סוף סמסטר ב' תשע"א ,מועד א'
54
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ט ,מועד ב'
61
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד ב'
69
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר א' תשס"ט ,מועד א'
76
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד ב'
84
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ח ,מועד א'
91
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד ב'
98
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר א' תשס"ח ,מועד א'
106
שאלה ,5מבחן סוף סמסטר ב' תשס"ו ,מועד א'
113
6
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשס"ו ,מועד ב'
120
שאלה ,3מבחן סוף סמסטר א' תשס"ו ,מועד א'
125
7
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
דרישות לכתיבת המבחנים: .1 .2 .3 .4
יש לכתוב את המבחן בצורה ברורה ומסודרת בכתב ברור. יש לתת הסברים פיזיקאליים מפורטים ומלאים לכל השאלות .תשובות ללא הסבר ייפסלו. בסוף הפתרון של כל שאלה יש לרכז את התשובות לכל הסעיפים. בכל התשובות ,יש לכתוב במפורש את היחידות הפיזיקאליות של הערכים.
מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד ב '03 .0 8 .2012 ,
קרן לייזר מייצרת בנקודה x = 0של פיסת �� עודף המטען בשיעור של ] [cm הפיסה מסוממת הומוגנית בזרחן )�( בשיעור של ] . 10 [cmכמו שאלה מס ' 15 ] 1נק ' [
−3
][sec 2 ]) . µ p = 800[ cm / (V ⋅ sec −9
, τ p = τ n = 10
−3
הניידויות
של
אלקטרונים
11
16
וחורים
) ∆n = ∆p = 2.5 × 10ראה איור(.
הם
אורך הפיסה מנקודה x = 0עד קצותיה הוא:
[
]
) , µ n = 1350 cm 2 / (V ⋅ sec
כן נתון :זמני הרלקסציה הם ) W1 = 6 L pעד הקצה הימני( ו-
) W2 = 0.09 L pעד הקצה השמאלי( )כאשר Lהוא אורך דיפוזיה של נושאי מטען( .הקצוות של הפיסה מחוברים
לאדמה.
laser GND
x axis
GND
Si �1 =� 3
� = �1
�=0
� = �2
שאלות : א [8] .חשב וצייר את ריכוז עודף המטען בתוך הפיסה כפונקציה של המרחק במצב היציב.
ב [7] .הניח כעת ,כי הערעור נמשך זמן רב עד לרגע , t = 0בו הוא נפסק .חשב וצייר את השינוי בריכוזו של עודף המטען כפונקציה של זמן בנקודה . x = W1 3
פתרון: א .פיסת סיליקון מסוממת בזרחן ולכן מדובר ב ,������ -כלומר הפיסה היא ���� .� −אורך הפיסה מצד ימין גדול מ 5-אורכי דיפוזיה ולכן ריכוז מטען עודף ידעך באופן אקספוננציאלי לפי
LP
− x
. δp ( x ) = ∆p ⋅ eלעומת זאת ,אורך
הפיסה בצד שמאל קטן מעשירית של אורך הדיפוזיה ,ולכן ניתן לראות את הדעיכה של מטען עודף כליניארית.
8
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
נשתמש ביחסי אינשטיין כדי למצוא את מקדם דיפוזיה המתאים ואח"כ נמצא את אורך הדיפוזיה .בגלל שפיסה הוא מסוג � ,הדיפוזיה היא של חורים ,ולכן
cm 2 kT µ P = 0.026 ⋅ 800 = 20.8 q Sec
= DP
]LP = DPτ P = 20.8 ⋅ 10 −9 = 1.44 ⋅ 10 − 4 [cm] = 1.44 [µm x 0, I DSS < 0 -התעלה היא מסוג �. ב .זרמי ומתחי רוויה:
I DS ( sat ) = I DSS = −16 mA VGS = 0 ⇒ VDS ( sat ) = −VP = −5.5 V
2 2 VGS 3 = −16 ⋅ 1 − I = I DSS 1 − = −3.3 mA ) = 3 ⇒ DS ( sat V P 5.5 V DS ( sat ) = −(V P − VGS ) = − (5.5 − 3) = −2.5 V
VGS
I DS ( sat ) = 0 mA VGS = 7 ⇒ VGS > VP ⇒ VDS ( sat ) = 0 V
14
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה , V DS = 6V
] [
ג .כאשר
ההתקן
16 − 3.3 = 4.4333 mA V 3−0
=
נמצא VDS = 6 V
ברוויה
∆I DS ∆VGS
גם
עבור
= gm
VGS = 0
וגם
עבור
. VGS = 3V
לכן
שאלה מס ' 25 ] 5נק ' [
טרנזיסטור ������� העשוי על בסיס �� .עובי התחמוצת הוא ], xoxide = 25 [nm
רוחב השער ] . W = 20 [µmאזור התעלה מסומם ב ��������� -בשיעור . N A = 1.3 × 10 cmאזורי ה ������ -וה ����� -מסוממים ב ������ -בשיעור
−3
16
−3
19
. N D = 3.85 × 10 cmהניח ,כי ה ������ -והמצע מחוברים לאדמה .ההתקן
נמצא בטמפרטורת החדר . T = 300 K ,ידוע ,כי במתח VDS = 2.5Vקורית בהתקן תופעת , ����ℎ – �ℎ����ℎבה אזורי המחסור של ������ ו ����� -נפגשים.
ידוע ,כי הקבוע הדיאלקטרי היחסי של �� הוא , ε rSi = 11.8הקבוע הדיאלקטרי היחסי של התחמוצת ) (���2הוא , ε oxide = 3.9ואילו הקבוע הדיאלקטרי של וואקום הוא ] . ε 0 = 8.85 × 10 −14 [F cmניידות האלקטרונים בתעלה היא
[
]
) . µ e = 350 cm 2 (V ⋅ secהפוטנציאל החשמלי התואם את טמפרטורת החדר. kT q = 0.026V :
שאלות :
א [12] .חשב את אורך התעלה של ההתקן) Lchannel ,תן את התשובה ביחידות .( µm
ב [13] .מצא את מתח הסף של הטרנזיסטור , VT ,אם ידוע ,כי בתחום הליניארי של האופיין ) , I DS (VDSהתנגדות ההתקן היא ] RnMOSFET = 400[Ωכאשר מתח על ה ���� -הוא ] . VGS = 4 [V
התחום הליניארי של עקומת ) I DS (VDSשל הטרנזיסטור מאופיין בכך ש> N A -אזורי המחסור נמצאים ברובם בצד ה � -של הצמתים )כלומר ,בתוך התעלה(.
15
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
נחשב כעת את רוחב אזור המחסור בצד ה � -של ה ������ -וה:����� -
אזור המחסור בצד ה � -של ה) ������ -אשר ה ������ -עצמו מחובר לאדמה ,כלומר ,נמצא בממתח אפס(:
][cm] = 0.295[µm
−6
[ cm])× 0.915[V ] = 29.5 ×10
(
2 × 11.8 × 8.85 × 10 −14 F
)] (1.6 × 10 [C ])× (1.3 × 10 [cm −3
−19
16
2ε Siε 0V0 = qN A
אזור המחסור בצד ה � -של ה) ����� -אשר ה ����� -עצמו נמצא בממתח :( VDS
][cm] = 0.569[µm
−6
[ cm])× (0.915 + 2.5)[V ] = 56.9 × 10
(
2 × 11.8 × 8.85 × 10 −14 F
)] (1.6 × 10 [C ])× (1.3 × 10 [cm −3
−19
16
=
) 2ε Si ε 0 (V0 + VDS = qN A
) ( source
xp
=
) ( drain
תופעת ����ℎ − �ℎ����ℎקורית כאשר אזורי המחסור של ������ ו ����� -נפגשים ,או ,במילים אחרות, כאשר
Lchannel = x (psource ) + x (pdrain ) = 0.295µm + 0.569 µm = 0.864 µm
ב .אזור ליניארי של טרנזיסטור מאופיין בכך ,ש VGS > VT -ו ) . VDS < (VGS − VT התנגדות של MOSFETבאזור הליניארי ניתנת ע"י הנוסחה: )(1
כאשר
ε oxideε 0 xoxide
VDS
2 VDS ( ) − + V V V T DS GS 2
W µe Coxide L
VDS = I DS
= RnMOSFET
= Coxideהוא קיבול ליחידת שטח של קבל התחמוצת )הקבל שנוצר בשער בין מתכת השער לבין
2 VDS ה ��-בתעלה )עם התווך של שכבת התחמוצת . ((��02היות ו , VDS < (VGS − VT ) -את האיבר 2
להזניח.
לכן
L )(2 ε oxideε 0 ) W (VGS − VT µe xoxide
מכאן,
L )(3 ε oxideε 0 W × RnMOSFET µ e xoxide
16
= RnMOSFET
VT = VGS −
ב (1) -ניתן
xp
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
]10 [cm ] = 3.5 − 2.587 = 1.41 [V cm 3.9 × 8.85 × 10 −14 [F cm] −4 × 20 × 10 [cm]× 400Ω 350 ]2.5 × 10 −6 [cm V ⋅ sec
נציב את המספרים:
−4
2
17
VT = 4 −
המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מכללה האקדמית אורט בראודה 31350התקני מוליכים למחצה
מבחן סוף סמסטר ב' תשע"ב ,מועד א'29.06.2012 , שאלה מס ' 20 ] 1נק ' [
פולס מרובע של קרן לייזר מייצר בנקודה x = 0של פיסת �� דקה זוגות אלקטרון – חור )���( )ראה איור( .אורך
הפיסה
][sec
−6
][cm
−3