Tổng hợp đề thi cuối kỳ môn Vật lý chất rắn | Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

TỔNG HỢP ĐỀ THI CUỐI KỲ Đề 1_NH 22-23
Câu 1. (1 điểm) Nêu những hạn chế của lý thuyết cổ điển về khí điện tử của Drude?
Câu 2. (1 điểm) Phân biệt các chất kim loại, bán dẫn và điện môi dựa vào cấu trúc vùng năng
lượng? Vẽ cấu trúc vùng năng lượng từng trường hợp.
Câu 3. (1 điểm) Nêu mô hình để tính nhiệt dung đẳng tích theo lý thuyết cổ điển, lý thuyết này
đúng cho trường hợp nào?
Câu 4. (1 điểm) Cách tạo thành bán dẫn loại p? Cho ví dụ.
Câu 5. (1,5 điểm) Mô tả ngắn gọn sự hình thành vùng chuyển tiếp không gian (vùng nghèo) của chuyển tiếp p-n.
Câu 6. (1,5 điểm) Nêu mối liên hệ giữa điện thế tiếp xúc với nồng độ chất cho (ND), chất nhận
(NA) và nồng độ hạt tải thuần ni trong chuyển tiếp p-n?
Câu 7. (3 điểm) Cho phiến Si ở 300K
a. Tính khối lượng riêng của Si.
b. Tính tỷ số electron trong vùng dẫn ở 100°C và 27°C của chất bán dẫn Si?
c. Tính thời gian hồi phục trung bình của điện tử và lỗ trống? Với các thông số:
Độ rộng vùng cấm (eV) 1,12 kBT 0,0259 Điện trở suất (Ωm) 3.103
Các điện tử trong vùng dẫn của Si có khối lượng hiệu dụng mn mn =0,0259 m0 và độ linh động un un = 0,1350 m2/V.s
Các lỗ trống trong vùng hóa trị của Si có khối lượng hiệu dụng mp = 0,537 m0
mp và độ linh động up up = 0,0480 m2/V.s
Si có cấu trúc kim cương với ô cơ sở là Si-Si tại vị trí (0,0,0) và (¼, ¼, ¼), hằng số mạng a
= 0,543 nm, khối lượng mol 28,09 g/mol, NA = 6,023.1023 mol-1, kB = 1,38.10-23 J/K Đề 2_NH 22-23
Câu 1. (1 điểm) Phân biệt ô đơn vị và ô nguyên tố? Cho ví dụ minh họa về các loại ô mạng đó?
Câu 2. (1 điểm) Nguồn gốc của liên kết kim loại?
Câu 3. (1 điểm) Phân biệt photon và phonon?
Câu 4. (1 điểm) Thế nào là hàm phân bố Fermi-Dirac? Mô tả bằng đồ thị.
Câu 5. (1 điểm) Trình bày những hiểu biết của bạn về lỗ trống.
Câu 6. (1 điểm) Phân biệt tạp chất donor và acceptor. Cho ví dụ minh họa và vẽ cấu trúc vùng
năng lượng khi có các tạp chất đó.
Câu 7. (4 điểm) Cho phiến Si có đường kính 3,5 mm và dày 0,5 mm ở 300K có các thông số
được cho trong bảng sau: Silicon (Si)
Mật độ trạng thái hiệu dụng của vùng dẫn (cm-3) 2,8.1019
Mật độ trạng thái hiệu dụng của vùng hóa trị (cm-3) 1,04.1019
Độ rộng vùng cấm (eV) (xem như không thay đổi theo nhiệt độ) 1,12 KBT (eV) 0,0259 Điện trở suất (Ωm) 3.103
a. Khối lượng của phiến Si.
b. Nhiệt dung của Si theo lý thuyết cổ điển.
c. Độ dẫn điện của Silic tại 10°C.
d. Xác định nồng độ hạt tải thuần ở 300K.
e. Xác định độ linh động của điện tử (giả thiết un = 3up) tại 300K.
Cho Si có kiểu cấu trúc kim cương với cơ sở là Si-Si tại các vị trí (0,0,0) và (¼, ¼, ¼). Hằng số
mạng a = 0,543 nm, khối lượng mol là 28,09 g/mol, NA = 6,023.1023 mol-1, kB = 1,38.10-23 J/K Đề 3_NH 23-24
Câu 1 (1 điểm). Cho biết cách xác định và ý nghĩa của vùng Brillouin thứ nhất mà em biết?
Câu 2 (1 điểm). Nhiệt dung của chất rắn là gì? Nêu một cách định tính mối liên hệ giữa nhiệt độ và nhiệt dung.
Câu 3 (1 điểm). Cho biết những khó khăn của lý thuyết Drude trong việc nghiên cứu khí điện tử tự do trong kim loại.
Câu 4 (1 điểm). Thời gian hồi phục là gì? Cho biết ý nghĩa của nó.
Câu 5 (1 điểm). Phân biệt chất bán dẫn, kim loại và điện môi dựa vào cấu trúc vùng năng lượng của chúng.
Câu 6 (1 điểm). Thế nào là tạp chất donor? Vẽ giản đồ vùng năng lượng và cho ví dụ.
Câu 7 (1 điểm). Vẽ giản đồ mô tả vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn loại N với ∅ .
𝑏𝑎́𝑛 𝑑ẫ𝑛 𝑙𝑜𝑎̣𝑖 𝑁 > ∅𝑘𝑖𝑚 𝑙𝑜𝑎̣𝑖
Câu 8 (3 điểm). Cho phiến Si ở 300 K
a) Tính khối lượng riêng của Si?
b) Tính thời gian hồi phục trung bình của điện tử và lỗ trống?
c) Si có chứa 6.106 nguyên tử As trong 1 cm3 ở 27°C. Biết ở trạng thái cân bằng n0 = 5.1016
cm-3. Mẫu này có chứa một loại tạp chất khác. Hãy xác định loại tạp chất (có giải thích)
và nồng độ của loại tạp chất đó, biết ni = 1,5.1016 cm-3.
Cho biết các thông số:
Các điện tử trong vùng dẫn của Si có khối mn = 0,259 m0
lượng hiệu dụng mn và độ linh động un un = 0,135 m2/V.s
Các lỗ trống trong vùng hóa trị của Si có mp = 0,537 m0
khối lượng hiệu dụng và độ linh động up up = 0,048 m2/V.s Điện trở suất (Ωm) 3.103
Si có cấu trúc kim cương với ô cơ sở là Si-Si tại vị trí (0,0,0) và (¼, ¼, ¼), hằng số mạng a =
0,543 nm, khối lượng mol 28,09 g/mol, NA = 6,023.1023 mol-1, kB = 1,38.10-23 J/K
Trong bảng tuần hoàn, Photpho (P) thuộc nhóm VA, Arsenic (As) thuộc nhóm VA, Bohr (B) thuộc nhóm IIIA. Đề 4_HK I_24-25
Câu 1 (2 điểm). Trình bày vắn tắt mô hình khí electron tự do trong kim loại và các giả thiết
cơ bản của mô hình này. Nêu các hạn chế mô hình này.
Câu 2 (1 điểm). Mô tả cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn, chất dẫn điện và chất
cách điện. Độ rộng vùng cấm ảnh hưởng như thế nào đến tính dẫn điện của chất bán dẫn?
Câu 3 (2 điểm). Phân biệt chất bán dẫn loại n và loại p. Làm thế nào để pha tạp một chất
bán dẫn thuần thành chất bán dẫn loại n? Mức Fermi trong chất bán dẫn có ý nghĩa gì? Mức
Fermi thay đổi thế nào khi chất bán dẫn được pha tạp thêm donor hoặc acceptor?
Câu 4 (2 điểm). Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của một tiếp xúc P-N. Tại sao tiếp xúc
này có tính chất chỉnh lưu (cho dòng điện chạy theo một chiều nhất định)?
Câu 6 (3 điểm).
Cho phiến Si có đường kính 2,5 mm và dày 0,1 mm ở 300 K có các thông số được cho trong bảng sau: Silicon (Si)
Mật độ trạng thái hiệu dụng của vùng dẫn (cm-3) 2,8.1019
Mật độ trạng thái hiệu dụng của vùng hóa trị (cm-3) 1,04.1019
Độ rộng vùng cấm (eV) (xem như không thay đổi theo nhiệt độ) 1,12 kBT (eV) 0,0259 Điện trở suất (.m) 3.103 Tìm:
a/ Khối lượng của phiến Si
b/ Độ dẫn điện của Silic tại 10C.
c/ Xác định nồng độ hạt tải thuần ở 300 K
Cho Si có kiểu cấu trúc kim cương với cơ sở là Si-Si tại các vị trí (0,0,0) và
(1/4,1/4,1/4). Hằng số mạng a = 0,543 nm, khối lượng mol là 28,09 g/mol, NA =
6,023.1023 mol-1, kB = 1,38.10-23 J/K.