ME Klausur SS2006

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 29.07.2008 15:35

Hier ist die Möglichkeit, über die ME Klausur SS2006 zu diskutieren, zu finden bei den Artikeln (viewtopic.php?f=53&t=27).

Ich fang mal mit ein paar meiner Lösungen an (so viel gibts ja nicht zu rechnen, da nicht so viel gegeben ist):

Aufgabe 1
#########
1. Lp=Ln=10um -> Bahngebiet kurz
2. Js= 29,2uA/m^2

Kann das jemand bestätigen?

Ansonsten habe ich noch ein Frage: Ich komme mit der Teilaufgabe 5 nicht klar. Hat da jemand einen Ansatz?

LoveBuzz · Beitrag von **LoveBuzz** » 29.07.2008 18:37

naja hier mal meine vorschläge zu 1.)
erstmal:
wieso ist $L_p=L_n$ (Difussionslängen) die bedingung für Bahnlänge?
Bild

$g_d=\frac{dI__F}{dU_F}=d \frac{I_s \cdot (\exp{(\frac{U_F}{U_T})}-1)}{dU_F}=\frac{J_s \cdot A \cdot(\exp{(\frac{U_F}{U_T})}-1)}{U_T}$ wobei $U_F, I_F$ Flussspannung und -strom sind
$I_s=3,65nA, g_d=69,16 \cdot 10^{3}S$
mir kommt das gd viel zu groß vor!

2.)
sämtliche Erklärungen stehen im Artickel drunter, nur eine frage:
Kanalmodulation: body-effekt gemeint oder schlciht und einfach die wirkungsweise eines MOSFET ???

Stormbreaker · Beitrag von **Stormbreaker** » 29.07.2008 18:45

Ich sehe das mit Ln=Lp genauso, nur frage ich mich, was ihr für xn und xp bzw. w = xn+xp raushabt.
xn=158,298nm
xp=237,448nm
=>w=395,746nm
Ist das korrekt soweit?

LoveBuzz · Beitrag von **LoveBuzz** » 29.07.2008 18:49

hatte ich auch raus!

Stormbreaker · Beitrag von **Stormbreaker** » 29.07.2008 18:56

Ich komme auf Is=3,64635*10^-15, was mir wiederum ein Bisschen klein erscheint.. Möglicherweise hast du das Quadrat bei (µm)^2 vergessen? Dann komme ich nämlich auf dasselbe!

Es ist nicht der Body-Effekt gesucht, sondern dass sich die effektive Kanallänge mit steigender Spannung UDS verkürzt und eine neue, effektive Kanallänge zur Berechnung herangezogen werden muss.

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 29.07.2008 19:15

Eure Antworten sind ganz schön verwirrend...

Der Reihe nach:

zu 1.) Lp=Ln ist nicht die Bedingung für die Bahnlänge, das kommt nur bei dieser Aufgabe raus. Die Bedingung für ein kurzes Bahngebiet ist

wn=Wn-xn<<Lp und wp=Wp-xp<<Ln.

Dies ist erfüllt, denn ich habe errechnet

wn=0,44um
wp=0,36um.

Stimmts jetzt so?

zu 2.) Gesucht war doch die Stromdichte, nicht der Strom. Ihr habt dann einfach nochmal mit der Fläche A multipliziert? Dann komme ich auch auf

Is=3,65nA

LoveBuzz · Beitrag von **LoveBuzz** » 30.07.2008 08:35

ich mach mal weiter:
5.)
Emissionsarten:
-spontan : LED
-stimuliert: Laserdiode

Quantenwirkungsgrad:
$\eta_Q=\frac{R_{rad}}{R}$
"Ist der Anteil der strahlenden Rekombinationsvorgänge (beschrieben durch die
Rekombinationsrate $R_{rad}$ ) an der Gesamtrekombination (beschrieben durch die Rekombinationsrate
R). In der Regel bieten nur Halbleiter mit direktem Bandabstand einen für den Bau von Leuchtdioden
ausreichend großen Quantenwirkungsgrad. Der äußere Quantenwirkungsgrad ηx einer
LED ist kleiner als der Quantenwirkungsgrad $\eta_Q$ aufgrund von Absorption im Halbleiter und Totalreflektion
an der Oberfläche. Typische Werte für $\eta_x$ liegen im Bereich weniger Prozent."

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 30.07.2008 09:07

Zur 1. Aufgabe nochmal:

Das $g_d$ kann ich bestätigen. Finde es nicht unbedingt unrealistisch, ist doch die Diode flussgepolt, da sollte $g_d$ ja eigentlich unendlich sein.

Zur 5. Aufgabe:

Das kann ich so unterstreichen. Weiterhin hab ich:

Modulationssteilheit $\kappa=\frac{d\phi_e}{dI}=\frac{9mW}{10mA}=0,9\frac{mW}{mA}$

Hat jemand noch einen Lösungsweg für die MTBF? Ich finde da nur die MTTF-Formel für die LED.

LoveBuzz · Beitrag von **LoveBuzz** » 30.07.2008 09:32

also ich glaube auch das MTTF gemeint ist... folgender Lösungsweg:
$\Phi_v(t)=\Phi_v(0)\cdot e^{-\beta t} \qquad bei \quad \Phi_v(t=20a)= 0.75 \cdot \Phi_v(0)$
$0,75 = e^{-\beta 20a} \rightarrow \beta = 14,38 \cdot 10^{-3} \frac{1}{a}$
$MTTF = \frac{\ln 2}{\beta}= 48,2 a$

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 30.07.2008 09:46

Ja, bei Laserdioden gibt es ja eigentlich auch keine Mean Time Between Failure, weil ein kaputter Laser sicher nicht repariert wird. Laut Wiki ist dann umgangsspachlich MTBF=MTTF. Auf das Ergebnis komme ich dann auch für die MTTF. Mich macht nur stutzig, dass die Gleichung für $\phi_v(t)$ eigentlich für LEDs, nicht für Laser gilt.

Bob · Beitrag von **Bob** » 30.07.2008 10:10

Mal abgesehen ob die formel gilt oder nich, ist auch eigentlich die Abhängigkeit vom Lichtstrom gesucht oder?

edit: na gut, die Fragestellung war wahrscheinlich bissl anders geschrieben in der Klausur ... in endeffekt bleibt ja egal wie man rechnet nur die Abhängigkeit von der Zeit

Stormbreaker · Beitrag von **Stormbreaker** » 30.07.2008 10:32

Eine Frage zur Sättigungsstromdichte:
Wenn ich eine Spannung von 0,7V anlegen, ändern sich doch xn und xp und somit die Sättigungsstromdichte. Müsste ich diese nicht für gd dann neu berechnen?

LoveBuzz · Beitrag von **LoveBuzz** » 30.07.2008 10:44

@Stormbreaker: jo das könnte hinkommen... man könnte eventuelldie formeln:
$w=w_0\sqrt{1-\frac{U}{U_D}} , x_n= \frac{N_D}{N_A+N_D} w \, und \, x_p= \frac{N_A}{N_A+N_D} w$ nutzen, um nicht den ganzen scheiß 2x zu rechnen...
edit: Ud ist größer als U

Stormbreaker · Beitrag von **Stormbreaker** » 30.07.2008 10:47

U war bei mir 0,7V wohingegen UD = 0,707V war, die Differenz wird also nicht negativ. Weiterhin ist die Ableitung um gd zu berechnen falsch!

Ich komme somit auf folgende neue Werte bei angelegter Spannung U:
xn=16,6854nm
xp=25,0281nm
Js=18,9445*10^-6A/m²
Is=2,56806*10^-15A

Ich weiß jedoch, dass mein Is so nicht stimmen kann (eure Ergebnisse plus typische Werte von Is im Bereich von 10^-6...10^-12A). Darf ich deshalb mal eure Werte für Js (mit als auch ohne angelegte Spannung) erfahren?

LoveBuzz · Beitrag von **LoveBuzz** » 30.07.2008 11:20

stimmt ich hatte mit Ut gerechnet... aber warum ist die ableitung falsch? TI und mein bescheidenes mathematisches können besagen das selbe! ich habe für Js= 29,2uA/m^2 genommen...

mit U=0,7V habe ich $J_s = 18,76 \cdot 10^{-6} A/m^2 \quad sowie \quad I_S= 2,345 \cdot 10^{-15}A$

in meine "falsche formel" eigesetzt ergibt das: $g_d=44,4 \cdot 10^{-3} S \rightarrow r_s=22,5 \Omega$ was ich einen sehr reelen wert für den differentiellen widerstand einer diode halte!

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 30.07.2008 13:57

Die Variante mit der neuen Sättigungsstromdichte klingt gut - ich denke, so stimmts.

kingkay · Beitrag von **kingkay** » 30.07.2008 15:54

he

mal so ne frage, wie habt ihr den Js ausgerechnet? mit der gleichung für ein kurzes bahngebiet? wenn ja, ist mir das klar...aber wie bestimme ich nochmal das ni aus den gegeben größen

blubb · Beitrag von **blubb** » 30.07.2008 15:56

Wie kommt ihr auf die Werte in der 1. Aufgabe für xn und xp ich habe es mehrmals nachgerechnet und komme immer auf um statt nm ansonsten sind die werte identisch.

Formel: xn = wurzel (2*epsilon0*epsilon(si)*Nd*Ud/(q*Na(Na+Nd)))=160,3 um wie kommt ihr auf nm????? würde dann ja unendlich langes Bahngebiet erhalten theoretisch

derTaucher · Beitrag von **derTaucher** » 30.07.2008 17:03

Du hast 2 Sachen nich beachtet:
epsilon hat As/Vm als einheit. um richtig zu rechnen musst du das meter in cm umrechnen und am ende beachten, dass du auch die weite in cm ausgerechnet hast.
dann sollte es hinhaun...

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 30.07.2008 17:05

$n_i$ ist $n_{i0}=1,5*10^{10}cm^{-3}$ (siehe Formelsammlung ganz oben).

derTaucher · Beitrag von **derTaucher** » 30.07.2008 17:32

warum kann man das eigentlich annehmen?
hätte es auch so gemacht aber welche bedingungen müssen dafür erfüllt sein?

Stormbreaker · Beitrag von **Stormbreaker** » 30.07.2008 17:54

Es befindet sich keine angelegte Spannung am PN-Übergang und somit ist ni=ni0!

dany · Beitrag von **dany** » 30.07.2008 18:28

nochmal wgen der 1. Aufgabe:

$dIF/dUF = ( Is*exp(UF/mUT) - Is )'$

daraus folgt : $dIF/dUF = (Is/mUT) * exp(UF/mUT)$
... = $IF/ [mUT (1 - exp( - UF/mUT) ]$

wenn man jetzt noch annimmt, dass exp(...) näherungsweise 0 wird,
dann bekommt man auch die Formel die im Skript steht:

$gd = IF / mUT$

wenn ich jetzt für $Id = IF = Is*exp(UF/mUT) -Is)$
.... $Js = (gd*mUT / A ) * [ exp(UF/mUT) -1] ^-1$

richtig ?

kingkay · Beitrag von **kingkay** » 30.07.2008 19:37

mal so ne andere frage: wann findet morgen die prüfung statt? also das einzige was ich bis jetzt gefunden habe, ist das in prüfungsablaufplan und dort steht 3.ds/4.ds im tre/phy! gibts auch ne richtige prüfungsankündigung? oder ist jetzt einfach morgen um 11.10 im trefftz?

mfg kay

d.ter · Beitrag von **d.ter** » 30.07.2008 19:51

Siehe unten.

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