1
HÖÔÙNG DAÃN OÂN TAÄP
Moân hoïc : VAÄT LIEÄU ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
Chöông I : VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
I. Noäi dung kieán thöùc toái thieåu sinh vieân phaûi naém vöõng:
Nhôùù vaø hieåu caáu truùc nguyeân töû vaø maïng tinh theå vaät raén cuï theå laø maïng tinh
theå kim loaïi quyeát ñònh ñeán caùc tính chaát cô, ñieän vaät lyù, hoùa hoïc cuûa vaät lieäu.
Hieåu baûn chaát daãn ñieän cuûa vaät lieäu, tính chaát vaø quaù trình di chuyeån cuûa caùc
haït daãn döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi.
Hieåu vaø bieát vaän duïng caùc tính chaát cô, ñieän cuûa moät soá kim loïaivaø hôïp kim
coù ñieän daãn suaát lôùn.
Hieåu vaø nhôù caùc tính chaát, ñaëc ñieåm, yeâu caàu cuûa vaät lieäu duøng laøm ñieän trôû
vaø duøng laøm tieáp ñieåm tieáp xuùc, vaät lieäu ngaãu nhieät ñieän duøng trong caûm bieán nhieät.
Hieåu tính chaát vaät lieäu sieâu daãn, ñieàu kieän sieâu daãn vaø öùng duïng cuûa vaät lieäu
sieâu daãn hieän nay.
Caùc coâng thöùc caàn nhôù vaø vaän duïng ñuùng:
Coâng thöùc tính maät ñoä nguyeân töû vaø maät ñoä ñieän töû e-
3
1
a
nnsoá nguyeân töû trong 1 oâ cô sôû
ne = nn soá e- töï do 1 nguyeân töû cho ra
Coâng thöùc tính ñieän daãn suaát:
)/1(
...3
2
m
Tkm
ene
; )/1(
.
2
m
Vm
en
F
e
; )/1(.. men ee
Coâng thöùc quan heä ñieän daãn suaát vaø nhieät daãn suaát: aTT
e
k
2
3
Coâng thöùc veà söùc ñieän ñoäng tieáp xuùc
B
A
n
n
Eln10.87,2 7
0
vaø
210
EE
Coâng thöùc tính ñieän trôû :
s
l
R
Coâng thöùc tính ñoä voõng cuûa daây caêng ngang:
K
L
b
.8
.2
2
II. Muïc tieâu kieåm tra ñanh giaù vaø daïng caâu hoûi kieåm tra:
Möùc ñoä hieåu kieán thöùc vaø bieát vaän duïng ñeå giaûi quyeát caùc baøi toaùn tình theá coù
tính chaát toång hôïp, phaân tích.
III. Caâu hoûi chöông I:
PHAÀN 1: ( VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN)
Caâu 1: Baïc coù caáu truùc laäp phöông taâm maët, haèng soá maïng a = 0,409 nm
Haõy tính:
Baùn kính nguyeân töû cuûa Baïc
Maät ñoä xeâùp chaët maët (0 0 1) , (0 1 1) vaø (1 1 1)
Maät ñoä nguyeân töû (1/m3).vaø maät ñoä electron töï do (1/m3).
Ñieän daãn suaát vaø ñieän trôû suaát ôû 3000 K, vôùi =570 A0
Caâu 2: Haõy neâu teân vaø xeáp theo thöù töï 4 kim loaïi daãn ñaàu veà ñoä daãn ñieän cuøng
cho bieát caùc giaù trò lieân quan:
Ñieän daãn suaát (106/m) vaø ñieän trôû suaát(10-6m) ôû 200 C
Ñoä beàn keùo ñöùt (Kg/mm2) vaø nhieät ñoä noùng chaûy (0C)
Nhieät löôïng rieâng (Kcal/Kg.grd) vaø troïng löôïng rieâng (Kg/dm3)
Caâu 3:
Ñoàng coù caáu truùc laäp phöông dieän taâm, coù baùn kính nguyeân töû laø 0.128nm
Haõy tính:
Haèng soá maïng a cuûa ñoàng
Maät ñoä khoái nguyeân töû (1/m3).vaø maät ñoä electron töï do(1/m3).
Ñieän daãn suaát vaø ñieän trôû suaát ôû 3000 K. Bieát = 420 A0
Caâu 4:
Daây caùp nhoâm loõi theùp daãn doøng ñònh muùc 300A vôùi maät ñoä 2A/mm2, daøi
200m
Haõy tính:
Tieát dieän, troïng löôïng vaø ñoä voõng cuûa daây.
3
Thay daây nhoâm baèng daây caùp ñoàng vôùi yeâu caàu toån hao khoâng ñoåi .
Tính tieát dieän, troïng löôïng vaø ñoä voõng cuûa daây
Cho bieát:
Ñoàng =8.9 kg/km.mm2 =18,87/km/mm2 cp=35kg/mm2
Nhoâm loõi theùp =3,55 kg/km.mm2 =29,00/km/mm2 cp= 9kg/mm2
Ñoä beàn keùo cuûa caùc vaät lieäu treo khaùc qui veà ñöôøng daây cp=18kg/mm2
Chöông II : VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN
I. Noäi dung kieán thöùc toái thieåu sinh vieân phaûi naém vöõng:
Hieåu caáu truùc vuøng naêng löôïng trong vaät lieäu baùn daãn, caáu truùc maïng tinh theå
baùn daãn quyeát ñònh ñeán baûn chaát daãn ñieän cuûa baùn daãn.
Hieåu nguyeân lyù daãn ñieän trong vaät lieäu baùn daãn thuaàn, baùn daãn tap chaát loaïi N
vaø loaïi P .Vaän duïng tính toaùn ñieän daãn suaát vaø maät ñoä tap chaát pha theâm vaøo.
Hieåu veà tieáp xuùc P/N . Ñaëc tính daãn ñieän (Volt – Ampe) khi tieáp xuùc P/N phaân
cöïc thuaän hay phaân cöïc ngöôïc. Vaän duïng vaø tính toaùn vôùi moái tieáp xuùc P/N
Hieåu bieát veà hieän töôïng phaùt quang, haáp thuï quang, vuøng Zener, ñieän dung
tieáp xuùc vaø vaän duïng trong nhöõng tính toaùn cô baûn.
Hiểu vaø vaän duïng tính toaùn theo phöông phaùp ño hieäu öùng Hall
Caùc coâng thöùc caàn nhôù vaø vaän duïng ñuùng:
Coâng thöùc tính ñieän daãn suaát:
PNii en
. ; NdN en
.. ; PaP en
..
Tk
Wg
mm
h
Tk
nPNi ..2
exp.
...2
24
3
**
2
3
2
Coâng thöùc veà tieáp xuùc P/N:
2
0
.
ln
,
i
n
NdNa
e
Tk
U ;
d
a
P
N
N
N
d
d ; Tk
Ue
eII .
.
0.
Khi Nd << Na
NdNae
NaU
NdNdNae
NaU
dN..
...2....2 0000
2
0000
.
...2....2
Nae
NdU
NaNdNae
NdU
dP
4
2
0
2
0..2
.
...2
.. d
Nde
d
NdNa
NdNae
UJ
2
1
2
1
00 .
.2
.....
J
da
da
JU
NN
NNe
d
C
Coâng thöùc veà hieäu öùng Hall:
.
H
R
(m2/Vs) ;
zx
y
HBJ
E
R.
(m3/As) ;
E
v
;
x
zx
x
y
HE
BV
E
E
tg .
Loaïi N: eN
R
d
H.
1
; Loaïi P: eN
R
a
H.
1
;
Coâng thöùc veà phaùt xaï vaø haáp thuï quang:
m
eVWgWg
chch
Wg .
24,1..
I. Muïc tieâu kieåm tra ñaùnh giaù vaø daïng caâu hoûi kieåm tra:
Möùc ñoä hieåu kieán thöùc vaø bieát vaän duïng ñeå giaûi quyeát caùc daïng caâu hoûi laø caùc
baøi toaùn tình theá coù tính chaát toång hôïp, phaân tích.
III. Caâu hoûi chöông II:
PHAÀN 2: ( VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN)
Caâu 1:
Moät thanh Ge loaïi N coù kich thöôùc (632)mm3 ñaët naèm ngang theo chieàu
doøng ñieän Ix coù Ix = 30mA . Töø tröôøng höôùng töø treân xuoáng thaúng goùc vôùi thanh Ge
coù B = 0,5 Tesla Ngöôøi ta ño ñöôïc UH = 15mV vaø goùc H = 2,10 .
Haõy tính:
Haèng soá Hall RH .Maät ñoä dieän töû töï do
Ñieän daãn suaát vaø ñieän trôû suaát.Ñoä linh ñoäng ñieän N
Caâu 2: Thanh Silic tinh khieát coù chieàu daøi 6mm, tieát dieän (32)mm2. Haõy tính:
Ñieän trôû R ôû 3000K .
Ñieän trôû R ôû 5000K .
Neáu pha Bo (B) vaøo thì baùn daãn thuoäc loaïi gì ? Pha vôùi noàng ñoä
bao nhieâu thì ñieän trôû giaûm ñi 1000 laàn.
5
Cho bieát: ni = 5,12 .1015/m3 ôû 3000K ; N =0,13m2/Vs ; P = 0,05m2/Vs;
Wg khoâng ñoåi Wg =1,13eV
Caâu 3:
Thanh Silic tinh khieát coù chieàu daøi 6mm, tieát dieän (32)mm2. Haõy tính:
Ñieän trôû R ôû 3000K .
Neáu pha Phospho (P) vaøo thì baùn daãn thuoäc loaïi gì ? Pha vôùi noàng
ñoä bao nhieâu thì ñieän trôû giaûm ñi 1000 laàn.
Ñaët thanh Si vaøo töø tröôøng thaúng goùc vôùi maët (63) coù B = 0,2T vaø
cho doøng ñieän Ix = 10mA chaûy theo chieàu daøi thanh . Haõy tính giaù
trò ñieän aùp Hall (UH ) coù theå ño ñöôïc.
Cho bieát: ni = 5,12 .1015/m3 ôû 3000K , N =0,13m2/Vs , P = 0,05m2/Vs
Caâu 4: Thanh baùn daãn Silic ñöôïc taïo thaønh tieáp giaùp P-N . Coù Na = 1026 /m3 vaø
Nd =1021/m3 ; = 12,5 ; 0 = 8,86. 10 -12 F/m . Haõy tính:
Ñieän aùp tieáp xuùc U0 ; dNvaø dP ;
Ñieän aùp phaân cöïc nghòch Uj vaø ñieän dung Cj ñeå cho beà daøy vuøng
troáng tieáp xuùc laø 5m
Cho bieát: ni = 1,4 .1016/m3 ôû 3000K , N =0,13m2/Vs , P = 0,05m2/Vs
Caâu 5:
InP coù möùc naêng löôïng vuøng caám Wg = 1.351 eV coù theå doø tìm aùnh saùng coù
böôùc soùng bao nhieâu?
Duøng Al thay theá cho In thì baùn daãn coù möùc naêng löôïng vuøng caám laø :
Wg(AlXIn1-xP) = 1.351 + 2.23x . Phaûi thay theá tyû leä Al bao nhieâu ñeå böôùc soùng aùnh
saùng phaùt xaï cho LED laø 650nm
Caâu 6:
Moät thanh daãn Ge coù kích thöôùc (10 × 1 × 1)mm3 vôùi maät ñoä tap chaát loaïi p
Na = 7.1023 (1/m3). Ngöôøi ta ñaët ñieän aùp 0,01V leân 2 ñaàu chieàu daøi thanh vaø ñaët
thanh baùn daãn trong töø tröôøng 0,2T theo phöông thaúng goùc vôùi doøng ñieän.
Haõy tính cöôøng ñoä doøng ñieän chaûy trong thanh baùn daãn, Haèng soá Hall RH ?
vaø ñieän aùp Hall coù theå ño ñöôïc?
Bieát Ge coù: N =0,38m2/Vs , P = 0,18m2/Vs
Caâu 7: