Учебно-методический комплекс по дисциплине «материалы и элементы электронной техники»

А. – полиимид Б. – полиэтилентерефталат В. – политетрафторэтилен
Г. – полиэтилен Е – полистирол
Какие из перечисленных полимерных диэлектриков относятся к высокочастотным?

А. – полиимид Б. – полиэтилентерефталат В. – политетрафторэтилен
Г. – полиэтилен Е – полистирол
Какие из перечисленных полимерных диэлектриков относятся к низкочастотным?

А. – полиимид Б. – полиэтилентерефталат В. – политетрафторэтилен
Г. – полиэтилен Е – полистирол Ж – поливинилхлорид
Из какого материала Вы предлагаете изготовить изолятор СВЧ разъема: из политетрафторэтилена или полиэтилентерефталата? Почему?
Используя справочные данные, оцените напряжение пробоя для пленки полиамида толщиной 50 мкм в однородном электрическом поле.
Используя справочные данные, оцените напряжение пробоя для пленки полиэтилена толщиной 100 мкм в однородном электрическом поле.
Используя справочные данные, найдите отношение удельных диэлектрических потерь в полиэтилене и ПВХ при одинаковых условиях эксплуатации (частота поля 1 МГц).
Найдите удельные диэлектрические потери в пленке лавсана при напряженности поля 10⁵ В/м на частоте 1 МГц.
Найдите удельные диэлектрические потери в пленке полиэтилена при напряженности поля 10⁵ В/м на частоте 1 МГц.
Для какого из перечисленных стекол шире интервал размягчения?

А - плавленый кварц Б - силикатное стекло с большим содержанием Na₂O
В - силикатное стекло с большим содержанием Na₂O и оксидов бария и титана
Для какого из материалов (плавленый кварц или силикатное стекло с большим содержанием Na₂O) выше значение tg?
Равновесные краевые углы смачивания поверхности ПВХ, лавсана (ПЭТФ) и фторопласта (ПТФЭ) водой составляют 38, 56 и 104 градуса, соответственно. Расположите эти диэлектрики в порядке увеличения их поверхностного удельного сопротивления при одинаковых условиях эксплуатации во влажной среде.

А - ПВХ, ПЭТФ, ПТФЭ Б - ПТФЭ, ПЭТФ, ПВХ В - ПЭТФ, ПВХ, ПТФЭ
Стекло какого из приведенных ниже составов характеризуется минимальным значением объемного удельного сопротивления?

А. 100% SiO₂ Б. 90% SiO₂ + 10% K₂O В. 90% SiO₂ + 5% K₂O + 5% Na₂O
Г. 90% SiO₂ + 10% Na₂O
Итоговый экзамен по дисциплине проводится в две ступени:

- тестовый экзамен (32 закрытых задания, каждое задание оценивается в 1 балл), на котором студент должен набрать не менее 26 баллов – оценка «удовлетворительно»;

- письменный экзамен, который проводится по вопросам, приводимым ниже. Экзаменационный билет включает шесть вопросов из приводимого ниже перечня. Ответ на каждый вопрос оценивается из 3 баллов. Студент на письменном экзамене может набрать до 18 баллов.

Результат экзамена (максимум 50 баллов) определяется как сумма тестовой и письменной частей.

4.4. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

по дисциплине Материалы и элементы электронной техники

1. 
   Дайте определение монокристаллов.
   
2. 
   Охарактеризуйте кратко поликристаллические тела.
   
3. 
   Дайте краткую характеристику аморфных тел.
   
4. 
   Можно ли говорить о температуре плавления стекол?
   
5. 
   Дайте определение полиморфизма, приведите примеры аллотропных модификаций веществ.
   
6. 
   Охарактеризуйте кристаллическую структуру типа алмаза.
   
7. 
   Опишите кристаллическую структуру типа сфалерита.
   
8. 
   Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в структуре алмаза?
   
9. 
   Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в структуре сфалерита?
   
10. 
    Сколько атомов приходится на элементарную ячейку кристалла с кубической гранецентрированной решеткой?
    
11. 
    Сколько атомов приходится на элементарную ячейку кристалла с кубической объемноцентрированной решеткой?
    
12. 
    Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в кристалле кремния?
    
13. 
    Сколько атомов приходится на элементарную ячейку хлорида натрия?
    
14. 
    Сколько атомов приходится на элементарную ячейку в монокристалле арсенида галлия?
    
15. 
    Выразите поверхностную плотность упаковки атомов в плоскости (100) монокристалла Ge через период решетки
    
16. 
    Выразите поверхностную плотность упаковки атомов в плоскости (100) монокристалла Si через период решетки
    
17. 
    Вычислите расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке алюминия, используя необходимые справочные данные.
    
18. 
    Вычислите расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке вольфрама, используя необходимые справочные данные.
    
19. 
    Вычислите расстояние между ближайшими атомами в кристаллической решетке кремния, используя необходимые справочные данные.
    
20. 
    Дайте определение анизотропии свойств твердых тел, назовите причины анизотропии.
    
21. 
    Какие классы твердых тел (монокристаллические, поликристаллические, аморфные) обладают анизотропией свойств?
    
22. 
    Назовите виды химических связей, реализующихся в твердых телах.
    
23. 
    Изобразите качественно и охарактеризуйте потенциальную кривую двухчастичного взаимодействия при образовании химической связи.
    
24. 
    Дайте определение энергии кристаллической решетки. Покажите, как найти энергию решетки ионного кристалла в классическом приближении.
    
25. 
    Дайте краткую характеристику ионной связи в кристаллах. Приведите примеры ионных кристаллов, охарактеризуйте их общие свойства.
    
26. 
    Дайте краткую характеристику ковалентной связи в кристаллах. Приведите примеры кристаллов с ковалентной связью, охарактеризуйте их общие свойства.
    
27. 
    Дайте краткую характеристику металлической связи. Приведите примеры веществ с металлической связью, охарактеризуйте их общие свойства.
    
28. 
    Какие виды взаимодействия приводят к образованию молекулярных кристаллов? Приведите примеры молекулярных кристаллов.
    
29. 
    Одинаковы или различны значения постоянной Маделунга в кристаллах NaCl и LiF, которые относятся к одному кристаллическому типу?
    
30. 
    Приведите примеры точечных дефектов в кристаллах.
    
31. 
    Как зависит от температуры равновесная концентрация вакансий в кристаллах?
    
32. 
    Приведите примеры точечных и протяженных дефектов реальных кристаллов.
    
33. 
    Приведите примеры, отражающие влияние точечных дефектов на свойства кристаллов.
    
34. 
    Почему при образовании твердого тела энергетические уровни атомов расщепляются в энергетические зоны?
    
35. 
    Чем отличаются зонные структуры проводника, полупроводника и диэлектрика?
    
36. 
    Как влияет температура на концентрацию свободных электронов в металле?
    
37. 
    Изобразите качественно температурную зависимость удельного сопротивления металлов в интервале от 0 К до температуры плавления. Назовите причины зависимости удельного сопротивления от температуры.
    
38. 
    Насколько сильно отличается средняя энергия свободных электронов в металлах и в невырожденных полупроводниках при комнатной температуре?
    
39. 
    Получите выражение для удельного сопротивления металлов в классическом приближении Друде.
    
40. 
    Каковы противоречия классической теории электропроводности металлов и как они разрешаются в квантовой теории?
    
41. 
    Дайте определение температурного коэффициента удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления. Какова связь между ними?
    
42. 
    Почему металлические сплавы типа неупорядоченных твердых растворов обладают более высоким удельным сопротивлением, чем чистые компоненты, образующие сплав?
    
43. 
    Сформулируйте правило Матиссена.
    
44. 
    Изобразите качественно, как изменяется удельное сопротивление двухкомпонентного сплава, представляющего собой неупорядоченный твердый раствор, в зависимости от его состава.
    
45. 
    Запишите правило Нордгейма для двухкомпонентного сплава типа неупорядоченного твердого раствора.
    
46. 
    При каком соотношении компонентов сплава типа неупорядоченного твердого раствора его удельное сопротивление будет максимальным в предположении справедливости закона Нордгейма?
    
47. 
    Почему при термической закалке удельное сопротивление металлов увеличивается, а при термическом отжиге – уменьшается?
    
48. 
    Имеются одинаковые по длине и сечению проводники из никеля и нихрома. Для какого из них температурная зависимость сопротивления будет сильнее?
    
49. 
    Изобразите качественно зависимость удельного сопротивления и температурного коэффициента удельного сопротивления тонких проводящих пленок от толщины. Прокомментируйте эти зависимости.
    
50. 
    Почему в очень тонких металлических пленках температурный коэффициент удельного сопротивления может быть меньше нуля?
    
51. 
    Дайте определение удельного поверхностного сопротивления.
    
52. 
    Из меди, вольфрама и нихрома изготовлены проводники одинакового сечения и длины. У какого из этих проводников сопротивление слабее всего зависит от температуры?
    
53. 
    Какие критерии учитываются при выборе материалов для тонких проводящих и резистивных пленок в изделиях микроэлектроники?
    
54. 
    Назовите основные методы получения тонких металлических пленок в микроэлектронике.
    
55. 
    Необходимо создать тонкопленочный резистор для ИМС. Какой металл (алюминий или вольфрам) предлагаете использовать для этих целей?
    
56. 
    Что такое керметы и для чего они применяются?
    
57. 
    Какие металлы и в каких условиях могут переходить в состояние сверхпроводимости? Что является причиной образования куперовских пар?
    
58. 
    В каких материалах обнаружено явление высокотемпературной сверхпроводимости? Какие перспективы открываются в случае широкого использования этих материалов?
    
59. 
    Что такое водородная болезнь меди?
    
60. 
    Почему изделия из чистого вольфрама оказываются очень непрочными при высокой температуре эксплуатации? Как достигается повышенная прочность и формоустойчивость изделий из вольфрама?
    
61. 
    Какими методами получают тонкие пленки из тугоплавких металлов для изделий микроэлектроники?
    
62. 
    Как связаны между собой температурные коэффициенты сопротивления, удельного сопротивления и линейного расширения для металлических проводников?
    
63. 
    Сопротивление квадрата пленочного проводника равно 20 Ом при толщине пленки 0,2 мкм. Чему равно удельное сопротивление этого проводника?
    
64. 
    В каких условиях возможно появление термоЭДС в замкнутой цепи. Назовите основные механизмы, ответственные за возникновение термоЭДС.
    
65. 
    Какие основные виды проводников электрического тока вам известны?
    
66. 
    Какие свойства меди определяют ее широкое применение в электронной технике?
    
67. 
    Какими преимуществами и недостатками обладает по сравнению с медью алюминий как проводниковый материал?
    
68. 
    Назовите тугоплавкие металлы, приведите примеры их применения в электронной технике.
    
69. 
    Чем обусловлено широкое применение тантала в производстве конденсаторов?
    
70. 
    Какие материалы входят в состав контактола? Сформулируйте требования к ним. Для каких целей используются контактолы в электронной технике?
    
71. 
    Дайте определение собственного и примесного полупроводника. Изобразите зонную структуру собственного полупроводника, донорного и акцепторного полупроводника.
    
72. 
    Дайте определение основных и неосновных носителей заряда в примесных полупроводниках.
    
73. 
    Запишите закон действующих масс для полупроводника.
    
74. 
    Объясните, как найти концентрацию основных и неосновных носителей заряда в электронном полупроводнике с известной степенью легирования на участке истощения примеси.
    
75. 
    Объясните, как найти концентрацию основных и неосновных носителей заряда в дырочном полупроводнике с известной степенью легирования на участке истощения примеси.
    
76. 
    Изобразите температурную зависимость равновесной концентрации носителей заряда в собственном полупроводнике. Объясните, как по этой зависимости определить ширину запрещенной зоны полупроводника.
    
77. 
    Изобразите качественно температурную зависимость равновесной концентрации электронов в донорном полупроводнике в широком интервале температур. Укажите температуры истощения примеси и перехода к собственной проводимости.
    
78. 
    От каких характеристик полупроводникового материала зависит температура истощения примеси?
    
79. 
    От каких характеристик полупроводникового материала зависит температура перехода к собственной проводимости?
    
80. 
    Запишите условие квазинейтральности для полупроводника, легированного одновременно донорной и акцепторной примесью.
    
81. 
    Сколько электронов находится на уровне Ферми в собственном полупроводнике при комнатной температуре?
    
82. 
    Объясните, какая из дырок обладает большей энергией: в центре валентной зоны или у ее потолка?
    
83. 
    Установите взаимосвязь между донорным или акцепторным поведением примесей замещения в ковалентных полупроводниках и валентностью примесного атома.
    
84. 
    Объясните основные различие между вырожденным и невырожденным электронным газом.
    
85. 
    Может ли удельное сопротивление полупроводников возрастать при нагревании?
    
86. 
    Будет ли наблюдаться эффект Холла в собственном полупроводнике? Если да, то чем будет определяться знак постоянной Холла?
    
87. 
    Объясните, как определить тип основных носителей заряда в полупроводнике по измерениям ЭДС Холла.
    
88. 
    Объясните, как определить тип основных носителей заряда в полупроводнике по измерениям термоЭДС.
    
89. 
    Каково отношение электронного тока к дырочному в собственном германии при Т=300 К?
    
90. 
    Каково отношение электронного тока к дырочному в собственном арсениде галлия Т=300?
    
91. 
    Оцените концентрацию дырок в n-Si при комнатной температуре, если он легирован фосфором до концентрации 2,2510¹⁵ см^-3.
    
92. 
    Оцените концентрацию дырок в n-Ge при комнатной температуре, если он легирован фосфором до концентрации 6,2510¹⁵ см^-3.
    
93. 
    Какими элементами можно легировать GaAs для получения электронного типа проводимости?
    
94. 
    Всегда ли можно утверждать, что мы имеем дело с собственным полупроводником, если его удельное сопротивление близко к собственному? Почему?
    
95. 
    Назовите основные механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводниках. Каковы для этих механизмов температурные зависимости подвижности?
    
96. 
    Что такое экситоны? Участвуют ли экситоны в переносе тока в полупроводниках?
    
97. 
    Будет ли наблюдаться эффект Холла в собственном полупроводнике? Если да, то чем будет определяться знак постоянной Холла?
    
98. 
    Какова связь между временем жизни и диффузионной длиной неравновесных носителей заряда?
    
99. 
    Назовите основные факторы, от которых зависят время жизни и диффузионная длина неравновесных носителей заряда.
    
100. 
     Сравните (качественно) времена жизни и диффузионные длины неравновесных носителей заряда в собственном и компенсированном полупроводниках, имеющих одинаковые удельные сопротивления.
     
101. 
     Диффузионная длина электронов в кристалле германия равна 1 мм. Оцените время жизни электронов в этом кристалле, используя справочные данные.
     
102. 
     Назовите основные механизмы поглощения света в полупроводниках. Какие механизмы приводят к изменению электропроводности полупроводников?
     
103. 
     Оцените пороговую длину волны собственного поглощения кремния при комнатной температуре.
     
104. 
     Оцените пороговую длину волны собственного поглощения фосфида индия при комнатной температуре.
     
105. 
     Имеется две термопары: одна из металлических проводников, другая из полупроводников с разным типом проводимости. Какая из термопар более чувствительна к изменению температуры и почему?
     
106. 
     Назовите основные методы металлургической очистки кремния и германия.
     
107. 
     Какими методами получают полупроводниковые монокристаллы?
     
108. 
     Что такое эпитаксия? Назовите виды эпитаксии.
     
109. 
     Дайте сравнительную характеристику кремния и германия как материалов электроники.
     
110. 
     Назовите основные области применения кремния и германия в электронной технике.
     
111. 
     Охарактеризуйте кристаллическую структуру и химическую связь в полупроводниках А^IIIВ^V.
     
112. 
     Почему у антимонида индия собственная удельная проводимость определяется только концентрацией электронов, а вкладом дырок можно практически пренебречь?
     
113. 
     Назовите основные области применения полупроводниковых соединений А^IIIВ^V и твердых растворов на их основе.
     
114. 
     Как изменяется период решетки трехкомпонентного твердого раствора на основе соединений А^IIIВ^V в зависимости от их состава?
     
115. 
     Для какого из полупроводниковых материалов: GaAs или Al_0,3Ga_0,7As, - край собственного поглощения находится в более коротковолновой области спектра?
     
116. 
     Запишите закон Вегарда для трехкомпонентного полупроводникового твердого раствора.
     
117. 
     Как изменяется период кристаллической решетки в ряду полупроводников: GaAs - GaAs_0.7P_0.3 - GaAs_0.5P_0.5 - GaAs_0.2P_0.8 - GaP? Оцените период решетки твердого раствора состава GaAs_0.5P_0.5.
     
118. 
     Охарактеризуйте кристаллическую структуру и химическую связь в полупроводниках А^IIВ^VI.
     
119. 
     Дайте характеристику свойств и назовите основные области применения полупроводниковых соединений А^IIВ^VI и твердых растворов на их основе.
     
120. 
     К какому классу полупроводников относится селенид цинка? Почему собственный ZnSe обладает электронным типом проводимости?
     
121. 
     Оцените постоянную Холла для германия, легированного фосфором до концентрации 510¹⁸ см^-3.
     
122. 
     Назовите основные механизмы поляризации диэлектриков.
     
123. 
     Дайте классификацию диэлектриков, применяемых в электронной технике.
     
124. 
     Какой механизм электропроводности характерен для ионных кристаллов? Чем обусловлена температурная зависимость электропроводности таких диэлектриков?
     
125. 
     Чем обусловлена поверхностная электропроводность диэлектриков?
     
126. 
     С какой целью на поверхность изоляторов может наноситься водоотталкивающее покрытие?
     
127. 
     Назовите основные механизмы пробоя твердых диэлектриков.
     
128. 
     Какой механизм пробоя характерен для диэлектриков при импульсном воздействии высокого напряжения?
     
129. 
     Как оценить напряжение теплового пробоя диэлектрика?
     
130. 
     Что такое диэлектрические потери? Какие факторы влияют на диэлектрические потери в твердых диэлектриках?
     
131. 
     Полимерные диэлектрики: общая характеристика и применение в электронной технике.
     
132. 
     Какой из полимерных диэлектриков сильнее нагревается в ВЧ электрическом поле: полиэтилен или поливинилхлорид?
     
133. 
     Из какого материала Вы предлагаете изготовить изолятор СВЧ разъема: из политетрафторэтилена или полиэтилентерефталата? Почему?
     
134. 
     Оцените напряжение пробоя для пленки полиимида толщиной 50 мкм в однородном электрическом поле.
     
135. 
     Оцените напряжение пробоя для пленки полиэтилена толщиной 100 мкм в однородном электрическом поле.
     
136. 
     Используя справочные данные, найдите отношение удельных диэлектрических потерь в полиэтилене и ПВХ при одинаковых условиях эксплуатации.
     
137. 
     Найдите удельные диэлектрические потери в пленке лавсана при напряженности поля 10⁵ В/м на частоте 1 МГц.
     
138. 
     Влияние состава стекла на его свойства.
     
139. 
     Классификация стекол по техническому назначению.
     
140. 
     Найдите отношение температурных коэффициентов расширения электровакуумных стекол марки С37 и С90.
     
141. 
     Для какого из материалов (кварц или силикатное стекло с большим содержанием Na₂O) шире интервал размягчения?
     
142. 
     Для какого из материалов (плавленый кварц или силикатное стекло с большим содержанием Na₂O) выше значение tg?
     
143. 
     Ситаллы и их применение в электронной технике.
     
144. 
     Керамика и ее применение в электронной технике.
     
145. 
     Классификация активных диэлектриков и области их применения в электронной технике.
     
146. 
     Какие диэлектрики называют активными? В чем различие требований к активным и пассивным диэлектрикам?
     
147. 
     Какая электрическая упорядоченность свойственна сегнетоэлектрикам?
     
148. 
     Назовите наиболее важные применения сегнетоэлектриков. На каких свойствахматериалов основаны эти применения?
     
149. 
     Что такое прямой и обратный пьезоэффект? В каких диэлектриках можно наблюдать эти явления?
     
150. 
     От каких факторов зависят пьезоэлектрические свойства сегнетоэлектрической керамики? В чем преимущества пьезокерамики перед монокристаллическими пьезоэлектриками?
     
151. 
     Что такое пироэлектрический эффект? Какие применения пироэлектриков вам известны?
     
152. 
     Какова природа электретного эффекта в диэлектриках? Что такое гомо- и гетерозаряд?
     
153. 
     В чем различие между жидким состоянием вещества и «жидким кристаллом»?
     
154. 
     Назовите основные области применения жидких кристаллов в электронной технике.
     
155. 
     Классификация магнитных материалов по свойствам и техническому назначению.
     
156. 
     Какие магнитомягкие материалы имеют высокое значение магнитной проницаемости в слабых магнитных полях?
     
157. 
     Каково влияние кремния на свойства электротехнической стали?
     
158. 
     Каковы частотные характеристики высокопроницаемых и низкопроницаемых ферритов?
     
159. 
     В чем сходство и различие магнитных свойств ферритов и ферромагнетиков?
     
160. 
     Каково строение магнитодиэлектриков и в каких целях они используются?
     
161. 
     Какие магнитные материалы обладают прямоугольной петлей гистерезиса? Каково их основное применение?
     
162. 
     Назовите важнейшие характеристики магнитотвердых материалов.
     

5. Программа использования инновационных технологий в преподавании дисциплины

1. По дисциплине разрабатывается электронный гипертекстовый учебник, предназначенный для самостоятельной работы студентов. Учебник позволяет после изучения каждого раздела проводить самоконтроль по тестовым заданиям. В случае неверного ответа студент отсылается к той части теоретического курса, который ему необходимо дополнительно проработать.

2. Имеется презентация лекционного курса.

3. Сформирован банк тестовых заданий по дисциплине, который используется для самоподготовки студентов, а также при текущем, промежуточном и итоговом контроле по дисциплине.

4. При подготовке отчетов по лабораторным работам студенты проводят обработку результатов эксперимента необходимые расчеты на ПЭВМ.