Exercise 1. Read and translate the text, using the words below.

We are going to use the hydraulic analogy again. It takes energy to pump water uphill, and the potential energy of being at a high elevation is released when it descends to a lower elevation. The amount of energy (in joules) is mgh, where m is the mass of liquid (say, in kilograms), g is the strength of gravity (9.8 meters per second squared, or 9.8 newtons per kilogram), and h is the elevation distance.       Some elementary physics: The SI unit of energy is the joule, and is one newton-meter, and is the energy required to push something with a force of one newton through a distance of one meter. The unit of force is the newton, and is the force required to increase the speed of a one kilogram object by one meter per second per second. The unit of rate of flow of energy is the watt, and is one joule per second. Note that the watt relates to all of physics, not just electricity.

For a given difference in elevation h, it takes gh joules of energy per kilogram to lift water (or any other liquid) through that height. That same amount of energy is released when the water flows down by that height. It might drop directly—old-fashioned water wheels use this method, or the water might be stored in a reservoir, causing the water to have enormous pressure at the bottom. That pressure gives the water a lot of energy per kilogram, which can be recovered by turbines—modern hydroelectric power stations do this. The amount of pressure at the bottom of a column of water of height h is enough to release gh joules per kilogram.

The electrical analogue of this pressure is voltage. The unit is the volt, named after Alessandro Volta. It is the amount of «pressure» that releases one joule per coulomb of charge. A given region of space (or, more commonly in practice, a given point in an electrical circuit) has a certain voltage potential. If two points differ in potential by V volts, then the passage of Q coulombs of charge from one point to the other releases QV joules of energy. This «potential difference» or «voltage difference» is analogous to the difference in height (and hence difference in pressure) between water at the top of a reservoir and water at the bottom.

In fact, some very old books refer to voltage as «electrical pressure». Another term for voltage that one sees in older books is «electro-motive force» or its abbreviation «emf». It’s just voltage.

There is another useful analogy to water. The level of water on a pond is uniform, that is, the surface is level. This is because the water can travel very easily from one point to another. If the surface were higher at one point than at another, the water would simply flow from the higher point to the lower one, until equilibrium is reached. Similarly, in a conductor (e.g. a wire), electrons can flow very easily from one point to another, so there is essentially no voltage difference. If there were, the electrons in the wire would simply flow from the higher voltage to the lower voltage (well, actually, they would flow the other way because their charge is negative) until the voltage is equalized. Hence, all points in an electric circuit that are connected by a wire are at the same voltage.

This only applies to situations in which the water or the charges can move easily. In a river, there is some resistance to the motion, so the water is constantly moving from higher elevations to lower elevations. Not all conductors are perfect, so there is actually a slight voltage drop (and dissipation of power) across a conductor. How great this effect is depends on the resistance, in accordance with Ohm’s law, which we will discuss presently.

Мы собираемся снова воспользоваться гидравлической аналогией. Чтобы перекачивать воду наверх, требуется энергия, а потенциальная энергия пребывания на большой высоте высвобождается при спуске на более низкую высоту. Количество энергии (в джоулях) равно mgh, где m — масса жидкости (скажем, в килограммах), g — сила тяжести (9,8 метра в секунду в квадрате, или 9,8 ньютонов на килограмм), а h — высота над уровнем моря.

Немного элементарной физики: единица энергии в системе СИ — это джоуль, один ньютон-метр, и это энергия, необходимая для того, чтобы переместить что-то с силой в один ньютон на расстояние в один метр. Единицей силы является ньютон, и это сила, необходимая для увеличения скорости объекта весом один килограмм на один метр в секунду в секунду. Единицей измерения расхода энергии является ватт, который составляет один джоуль в секунду. Обратите внимание, что ватт относится ко всей физике, а не только к электричеству.

Для данной разницы в высоте h требуется gh джоулей энергии на килограмм, чтобы поднять воду (или любую другую жидкость) на эту высоту. Такое же количество энергии высвобождается, когда вода поднимается на эту высоту. Он может упасть прямо — в старых водяных колесах используется этот метод, или вода может храниться в резервуаре, в результате чего у воды на дно возникает огромное давление. Это давление дает воде много энергии на килограмм, которую можно восстановить с помощью турбин — это делают современные гидроэлектростанции. Величина давления на дне столба воды высотой h достаточна для высвобождения gh джоулей на килограмм.

Электрический аналог этого давления — напряжение. Единица измерения — вольт, названная в честь Алессандро Вольта. Это количество «давления», которое высвобождает один джоуль на кулон заряда. Данная область пространства (или, что чаще всего на практике, данная точка в электрической цепи) имеет определенный потенциал напряжения. Если две точки различаются потенциалом на V вольт, то прохождение Q кулонов заряда из одной точки в другую высвобождает QV джоулей энергии. Эта «разность потенциалов» или «разность напряжений» аналогична разнице в высоте (и, следовательно, разнице в давлении) между водой наверху резервуара и водой на дне.

Фактически, в некоторых очень старых книгах напряжением называется «электрическое давление». Другой термин для обозначения напряжения, который можно встретить в старых книгах, — это «электродвижущая сила» или ее сокращение «ЭДС». Это просто напряжение.

Есть еще одна полезная аналогия с водой. Уровень воды в водоеме равномерный, то есть поверхность ровная. Это потому, что вода может очень легко перемещаться из одной точки в другую. Если бы поверхность в одной точке была выше, чем в другой, вода просто перетекала бы из более высокой точки в более низкую, пока не будет достигнуто равновесие. Точно так же в проводнике (например, в проводе) электроны могут очень легко перемещаться из одной точки в другую, поэтому разницы напряжений практически нет. Если бы это было так, электроны в проводе просто текли бы от более высокого напряжения к более низкому напряжению (так, фактически, они перемещались бы в другую сторону, потому что их заряд отрицательный), пока напряжение не выровняется. Следовательно, все точки в электрической цепи, соединенные проводом, имеют одинаковое напряжение.

Это относится только к ситуациям, в которых вода или заряды могут легко перемещаться. В реке есть некоторое сопротивление движению, поэтому вода постоянно перемещается с больших высот на более низкие. Не все проводники идеальны, поэтому на самом деле наблюдается небольшое падение напряжения (и рассеивание мощности) на проводнике. Насколько велик этот эффект, зависит от сопротивления в соответствии с законом Ома, который мы сейчас обсудим.

 

Words to be remembered.

pump – насос; подавать насосом, качать

to descend – спускаться; сходить

elevation – возвышение, возвышенность; высота

to release – освобождать; высвобождать; избавлять; выпускать; отпускать

uniform – однообразный; однородный

equilibrium – равновесие

to equalize – уравнивать

dissipation – 1. диссипация, рассеяние 2. рассеивание

reciprocal – взаимный; обоюдный; эквивалентный

flippant – легкомысленный, ветреный

oscillation – 1. колебание 2. вибрация 3. генерация

 

Exercise 2.   Answer the following questions.

1. What is the amount of energy? The amount of energy (in joules) is mgh, where m is the mass of liquid (say, in kilograms), g is the strength of gravity (9.8 meters per second squared, or 9.8 newtons per kilogram), and his the elevation distance.
2. Does watt relate to all of physics or just to electricity? The watt relates to all of physics, not just electricity.
3. What method do old-fashioned water-wheels use? That same amount of energy is released when the water flows down by that height. It might drop directly—old-fashioned water wheels use this method, or the water might be stored in a reservoir, causing the water to have enormous pressure at the bottom.
4. What do modern hydroelectric power stations do? That pressure gives the water a lot of energy per kilogram, which can be recovered by turbines—modern hydroelectric power stations do this. The amount of pressure at the bottom of a column of water of height h is enough to release gh joules per kilogram.
5. After whom was the unit of volt named? The unit is the volt, named after Alessandro Volta.
6. What is analogous to the difference in height between water at the top of a reservoir and water at the bottom? This «potential difference» or «voltage difference» is analogous to the difference in height (and hence difference in pressure) between water at the top of a reservoir and water at the bottom.
7. What is the term for voltage that one sees in older books? Another term for voltage that one sees in older books is «electro-motive force» or its abbreviation «emf».
8. Is there any voltage difference in a conductor? Similarly, in a conductor (e.g. a wire), electrons can flow very easily from one point to another, so there is essentially no voltage difference.
9. What would happen if there were any voltage difference in a conductor? If there were, the electrons in the wire would simply flow from the higher voltage to the lower voltage (well, actually, they would flow the other way because their charge is negative) until the voltage is equalized.
10. What depends on the resistance, in accordance with Ohm`s law? In a river, there is some resistance to the motion, so the water is constantly moving from higher elevations to lower elevations.

 

Exercise 3.  Translate the following word combinations and use them in the sentences of your own.

High elevation, water wheels, resistance to the motion, voltage drop, dissipation of power, amount of energy, strength of gravity, useful analogy, frequency of an oscillation, flippant term.

Большая высота, водяные колеса, сопротивление движению, падение напряжения, рассеивание мощности, количество энергии, сила тяжести, полезная аналогия, частота колебаний, простой термин.

 

Exercise 4. Translate the following sentences from Russian into English.

1. Сила измеряется ньютонами, то есть это сила, требуемая для увеличения скорости объекта весом в один килограмм на один метр в секунду. 2. Это давление даёт воде много энергии на килограмм. 3. Электрическим аналогом этого давления является напряжение. 4. Данная точка в электрической цепи имеет определённый потенциал напряжения. 5.Другой термин для напряжения, который можно увидеть в старых книгах – это электродвижущая сила или ЭДС. 6. Вода может очень легко перетекать из одной точки к другой. 7. Если бы была разница напряжения, то электроны в проводе просто передвигались бы от более высокого напряжения к более низкому. 8. Все точки в электрической цепи, соединённые проводом, имеют одинаковое напряжение. 9. Не все проводники совершенны. 10. То, насколько велик этот эффект зависит от сопротивления, согласно закону Ома.
2. Force is measured in Newtons, that is, it is the force required to increase the speed of an object weighing one kilogram by one meter per second. 2. This pressure gives the water a lot of energy per kilogram. 3. The electrical analogue of this pressure is voltage. 4. This point in the electrical circuit has a certain voltage potential. 5. Another term for voltage that can be seen in older books is electromotive force or its abbreviation EMF. 6. Water can very easily flow from one point to another. 7. If there was a voltage difference, then the electrons in the wire would simply move from a higher voltage to a lower one. 8. All points in an electrical circuit connected by a wire have the same voltage. 9. Not all conductors are perfect. 10. How great this effect is depends on the resistance, in accordance with Ohm’s law.

Exercise 5.  Substitute the Russian words for the English ones.

1. Единица of force is the newton, and is the force required to increase the speed of a one kilogram object by one meter per second.
2. a) the use
3. b) the one
4. c) the unit
5. Note that the watt относится to all of physics, not just electricity.
6. a) relates
7. b) consumes
8. c) corresponds
9. The electrical analogue of this давление is voltage.
10. a) tension
11. b) pressure
12. c) intention
13. A given region of пространство has a certain voltage potential.
14. a) space
15. b) room
16. c) region
17. The level of water on a pond is однородный, that is, the surface is level.
18. a) unique
19. b) united
20. c) uniform
21. If the surface were higher at one point than at another, the water would simply flow from the higher point to the lower one, until равновесие is reached.
22. a) equipoise
23. b) equilibrium
24. c) equation
25. In a river, there is some resistance to the движение, so the water is constantly moving from higher elevations to lower elevations.
26. a) motion
27. b) mobility
28. c) direction
29. How great this effect is depends on the сопротивление, in accordance with Ohm`s law.
30. a) insulation
31. b) conductivity
32. c) resistance

 

 

STATIC AND “CURRENT” ELECTRICITY. SERIES AND PARALLEL CONNECTIONS (СТАТИЧЕСКОЕ И ДИНАМИЧЕСКОЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ)

Exercise 1. Read and translate the text, using the words below.

Electricity manifests itself in two seemingly different ways. They are different manifestations of the same thing. «Static» electricity was known to the ancients. It involves very high voltages and very low currents—the currents are so low that one doesn’t always realize how high the voltage is. In order for such high voltages to persist somewhere, the insulation must be extremely good, that is, the resistances must be extremely high. Fortunately for the history of science, materials like glass, amber, and some types of rubber and other materials, have the necessary high resistance. (The word «electricity» comes from the Greek word for amber.)

The voltages involved with static electricity are high enough to make the leaves of an electroscope move, but the currents are so low that we would normally not notice any effect of the current. «Current» electricity involves lower voltages and currents large enough to power light bulbs, motors, and such. Rubbing a glass rod with a piece of silk can’t come anywhere near to providing the required level of sustained current. To get the required sustained levels of current requires either ongoing chemical reactions (as in a battery) or electromechanical devices (as in a generator.) The ability to do this was discovered in the 18^th and 19^th centuries by Luigi Galvani, Alessandro Volta and Michael Faraday

Электричество проявляется двумя, казалось бы, разными способами. Это разные проявления одного и того же. «Статическое» электричество было известно еще в древности. Он включает в себя очень высокие напряжения и очень низкие токи — токи настолько малы, что не всегда можно понять, насколько велико напряжение. Чтобы где-то сохранялось такое высокое напряжение, изоляция должна быть очень хорошей, то есть сопротивление должно быть чрезвычайно высоким. К счастью для истории науки, такие материалы, как стекло, янтарь, некоторые типы резины и других материалов, обладают необходимой высокой стойкостью. (Слово «электричество» происходит от греческого слова «янтарь».)

Напряжения, связанные со статическим электричеством, достаточно высокиt, чтобы заставить лепестки электроскопа двигаться, но токи настолько малы, что обычно мы не замечаем никакого влияния тока. «Текущее» электричество включает в себя более низкие напряжения и токи, достаточные для питания лампочек, двигателей и т. д. Протирание стеклянного стержня шелком не может дать необходимый уровень постоянного тока. Чтобы получить требуемый устойчивый уровень тока, требуются либо текущие химические реакции (как в батарее), либо электромеханические устройства (как в генераторе). Возможность делать это была открыта в 18-19 веках Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта и Майклом Фарадей

Schematic diagram showing series and parallel connections.

If we were to stack three hydroelectric dams on top of each other (that is, make the reservoir three times as deep), the pressure at the bottom would be three times as great, and the energy obtained per liter of water would be three times as great. (Or, equivalently, we make an old-fashioned water wheel with three times the vertical drop.) The electrical equivalent of this is the series connection, or the placement of electrical components in series. The voltage difference across components connected in series is the sum of the voltage differences across the individual components, but the current is the same through each component.

If we were to place three hydroelectric dams next to each other (that is, just triple the flow of water), the pressure would be the same, so the amount of energy per liter would be the same, but the overall flow of water would be three times as great, so the total power would be three times as great. The electrical equivalent of this is the parallel connection, or the placement of electrical components in parallel. The total current through components connected in parallel is the sum of the currents through the individual components, but the voltage difference is the same.

The diagram shows a simple flashlight, with two batteries connected in series and three light bulbs connected in parallel. The total voltage across the pair of batteries is 3 volts, and the current through each is 1.2 amperes. The light bulbs are connected in parallel. The voltage across each is 3 volts, and the current through each is 0.4 amperes. Each battery provides 1.8 watts of power (1.5 volts times 1.2 amperes), so both batteries combined provide 3.6 watts. Each light bulb has 0.4 amperes flowing through it, so it consumes 1.2 watts. The three bulbs in combination consume 3.6 watts.

This is an example of a schematic diagram—an abstract diagram showing how electrical components are interconnected. You could not possibly build a satisfactory house, automobile, or telescope from such an abstract description («build roof; place on top of walls»). But electricity, passing through wires from one component to another, is so well behaved that, for ordinary electrical projects, a schematic diagram is all you need. Schematic diagrams («schematics») are the principal workhorse of electrical engineering.

The terms «series» and «parallel» are actually used quite loosely by electrical engineers, to describe aspects of circuit topology. For example, the flashlight depicted above lacks an on-off switch. One would put the switch in series with the parallel assemblage of light bulbs.

Принципиальная схема, показывающая последовательные и параллельные соединения.

Если бы мы поставили три плотины гидроэлектростанций вместе (то есть сделали бы водохранилище втрое глубже), то давление внизу было бы в три раза больше, а энергия, получаемая на литр воды, была бы в три раза больше. (Или, что то же самое, мы делаем водяное колесо с трехкратным перепадом высоты). Электрический эквивалент этого — последовательное соединение или последовательное размещение электрических компонентов. Разница напряжений на компонентах, соединенных последовательно, представляет собой сумму разностей напряжений на отдельных компонентах, но ток в каждом компоненте одинаков.

Если бы мы разместили три плотины гидроэлектростанций рядом (то есть просто утроили поток воды), давление было бы одинаковым, поэтому количество энергии на литр было бы таким же, но общий поток воды был бы таким же. будет втрое больше, поэтому общая мощность будет втрое больше. Электрический эквивалент этого — параллельное соединение или параллельное размещение электрических компонентов. Общий ток через компоненты, соединенные параллельно, представляет собой сумму токов через отдельные компоненты, но разница напряжений одинакова.

На схеме показан простой фонарик с двумя батареями, подключенными последовательно, и тремя лампочками, подключенными параллельно. Общее напряжение на паре батарей составляет 3 вольта, а ток через каждую — 1,2 ампера. Лампочки подключены параллельно. Напряжение на каждом из них составляет 3 вольта, а ток через каждый — 0,4 ампера. Каждая батарея обеспечивает 1,8 Вт мощности (1,5 В на 1,2 А), так что обе батареи вместе дают 3,6 Вт. Через каждую лампочку проходит 0,4 ампера, поэтому она потребляет 1,2 Вт. Комбинация трех лампочек потребляет 3,6 Вт.

Это пример схематической диаграммы — абстрактной диаграммы, показывающей, как электрические компоненты связаны между собой. Вы не сможете построить удовлетворительный дом, автомобиль или телескоп из такого абстрактного описания («построить крышу; разместить поверх стен»). Но электричество, проходящее по проводам от одного компонента к другому, ведет себя настолько хорошо, что для обычных электрических проектов принципиальная схема — это все, что вам нужно. Принципиальные схемы («схемы») — основная рабочая лошадка электротехники.

Термины «последовательный» и «параллельный» на самом деле довольно свободно используются инженерами-электриками для описания аспектов топологии схемы. Например, у фонарика, изображенного выше, отсутствует переключатель включения-выключения. Можно было бы поставить выключатель последовательно с параллельной сборкой лампочек.

 

Words to be remembered.

manifestation – проявление

rod – прут; шток; стержень

to stack – складывать в стог

to triple –  утраивать

flashlight – электрический фонарь

to consume –  потреблять

to depict – изображать, изобразить

bulb – электрическая лампочка

 

Exercise 2. Answer the following questions.

1. What do you know about “static” electricity? Static» electricity was known to the ancients. It involves very high voltages and very low currents—the currents are so low that one doesn’t always realize how high the voltage is. In order for such high voltages to persist somewhere, the insulation must be extremely good, that is, the resistances must be extremely high.
2. What materials have high resistance? Materials like glass, amber, and some types of rubber and other materials, have the necessary high resistance.
3. What can you say about “current” electricity? «Current» electricity involves lower voltages and currents large enough to power light bulbs, motors, and such. Rubbing a glass rod with a piece of silk can’t come anywhere near to providing the required level of sustained current.
4. Can you describe the series connection? If we were to stack three hydroelectric dams on top of each other (that is, make the reservoir three times as deep), the pressure at the bottom would be three times as great, and the energy obtained per liter of water would be three times as great.
5. What about parallel connection? The electrical equivalent of this is the parallel connection, or the placement of electrical components in parallel. The total current through components connected in parallel is the sum of the currents through the individual components, but the voltage difference is the same.
6. What does the diagram show? The diagram shows a simple flashlight, with two batteries connected in series and three light bulbs connected in parallel.
7. The light bulbs are connected in parallel, aren`t they? Yes, they are.
8. Will a schematic diagram be enough for ordinary electrical projects? But electricity, passing through wires from one component to another, is so well behaved that, for ordinary electrical projects, a schematic diagram is all you need.
9. What is used to describe aspects of circuit topology? The terms «series» and «parallel» are actually used quite loosely by electrical engineers, to describe aspects of circuit topology.
10. What does the flashlight depicted above lack? For example, the flashlight depicted above lacks an on-off switch. One would put the switch in series with the parallel assemblage of light bulbs.

 

Exercise 3.  Learn the following word combinations.

Glass road, sustained current, chemical reactions, electromechanical devices, hydroelectric dams, electrical equivalent, overall flow, total power, light bulbs, series connection, parallel connection.

Стеклянная дорога, постоянный ток, химические реакции, электромеханические устройства, плотины гидроэлектростанций, электрический эквивалент, общий расход, общая мощность, лампочки, последовательное соединение, параллельное соединение.

 

Exercise 4. Make up your own sentences, using word expressions from ex. 3.

Scientifically speaking, life’s nothing but a series of chemical reactions.

Opportunity of parallel connection of PA for increase of output capacity.

These electric locomotives were created on basis of high speed Chs200 locos by means of changing the transition number of traction reductors, while the total power of their engines were 8400 kW.

The invention relates to mechanical engineering, in particular to gears for transmitting a rotational motion and can be used for transport means, mechanical and electromechanical devices requiring a continuous speed variation.

 

Exercise 5.  Translate the following sentences from Russian into English.

1. Электричество проявляет себя двумя разными способами. 2. Статическое электричество было известно ещё древним. 3. Такие материалы как стекло, янтарь, некоторые виды резины и другие имеют необходимое сопротивление. 4. Слово «электричество» происходит от греческого слова янтарь. 5. Рисунок изображает простой фонарик с двумя батарейками, соединёнными последовательно и тремя лампочками, соединёнными параллельно. 6. Схемы – это основополагающее электротехники. 7. Фонарику недостаёт выключателя. 8. Схема показывает, как электрические детали соединены между собой.
2. Electricity manifests itself in two seemingly different ways. 2. Static electricity was known to the ancients. 3. Materials such as glass, amber, some rubber and others have the necessary resistance. 4. The word «electricity» comes from the Greek word for amber. 5. The drawing depicts a simple flashlight with two batteries connected in series and three bulbs connected in parallel. 6. Circuits are fundamental to electrical engineering. 7. The flashlight lacks a switch. 8. The diagram shows how the electrical parts are connected.

 

Exercise 6. Match Russian and English terms in columns A and B.

A: device устройство, manifestation проявление, dam дамба, bulb лампочка, circuit цепь, flashlight фонарик

 

Exercise 7.  Match the two parts of the sentences.

1. “Static” electricity was known to …
2. a) the ancients
3. b) the ancestors
4. c) modern people
5. Materials like glass, amber, and some types of rubber have the necessary …
6. a) medium resistance
7. b) low resistance
8. c) high resistance
9. To get the required sustained levels of current requires either ongoing chemical reactions or …
10. a) mechanical devices
11. b) electromechanical devices
12. c) electrical devices
13. The diagram shows a simple flashlight, with two batteries connected in series and three light bulbs connected …
14. a) in parallel
15. b) in series
16. c) on the contrary
17. Schematic diagrams are the principal …
18. a) workhorse of electromechanics
19. b) workhorse of electrical engineering
20. c) workhorse of electrotechnics
21. The terms “series” and “parallel” are actually used quite loosely by electrical engineers, to describe …
22. a) aspects of individual components
23. b) aspects of schematic diagrams
24. c) aspects of circuit topology
25. One would put the switch in series with the …
26. a) series assemblage of light bulbs
27. b) parallel assemblage of light bulbs
28. c) parallel assemblage of flashlights
29. The word “electricity” comes from …
30. a) the English word for lightning
31. b) the Latin word for light
32. c) the Greek word for amber

 

 

SEMICONDUCTOR (ПОЛУПРОВОДНИК)

Exercise 1. Read and translate the text, using the words below.

A semiconductor is a material that has an electrical conductivity due to flowing electrons (as opposed to ionic conductivity) which is intermediate in magnitude between that of a conductor and an insulator. Devices made from semiconductor materials are the foundation of modern electronics, including radio, computers, telephones, and many other devices. Semiconductor devices include the various types of transistor, solar cells, many kinds of diodes including the light-emitting diode, the silicon controlled rectifier, and digital and analog integrated circuits. Similarly, semiconductor solar photovoltaic panels directly convert light energy into electrical energy. In a metallic conductor, current is carried by the flow of electrons. In semiconductors, current is often schematized as being carried either by the flow of electrons or by the flow of positively charged «holes» in the electron structure of the material. Actually, however, in both cases only electron movements are involved.

Common semiconducting materials are crystalline solids but amorphous and liquid semiconductors are known. These include hydrogenated amorphous silicon and mixtures of arsenic, selenium and tellurium in a variety of proportions. Such compounds share with better known semiconductors intermediate conductivity and a rapid variation of conductivity with temperature, as well as occasional negative resistance. Such disordered materials lack the rigid crystalline structure of conventional semiconductors such as silicon and are generally used in thin film structures, which are less demanding for as concerns the electronic quality of the material and thus are relatively insensitive to impurities and radiation damage. Organic semiconductors, that is, organic materials with properties resembling conventional semiconductors, are also known.

Silicon is used to create most semiconductors commercially. Dozens of other materials are used, including germanium, gallium arsenide, and silicon carbide. A pure semiconductor is often called an “intrinsic” semiconductor. The electronic properties and the conductivity of a semiconductor can be changed in a controlled manner by adding very small quantities of other elements, called “dopants”, to the intrinsic material. In crystalline silicon typically this is achieved by adding impurities of boron or phosphorus to the melt and then allowing the melt to solidify into the crystal. This process is called «doping».

 

Полупроводник — это материал, который имеет электрическую проводимость из-за протекающих электронов (в отличие от ионной проводимости), которая является промежуточной по величине между проводником и изолятором. Устройства, изготовленные из полупроводниковых материалов, являются основой современной электроники, включая радио, компьютеры, телефоны и многие другие устройства. Полупроводниковые устройства включают различные типы транзисторов, солнечные элементы, многие виды диодов, включая светоизлучающие диоды, кремниевый управляемый выпрямитель, а также цифровые и аналоговые интегральные схемы. Точно так же полупроводниковые солнечные фотоэлектрические панели напрямую преобразуют световую энергию в электрическую. В металлическом проводнике ток переносится потоком электронов. В полупроводниках ток часто схематически переносится либо потоком электронов, либо потоком положительно заряженных «дырок» в электронной структуре материала. На самом деле, однако, в обоих случаях участвуют только движения электронов.

Обычные полупроводниковые материалы представляют собой твердые кристаллические вещества, но известны аморфные и жидкие полупроводники. К ним относятся гидрогенизированный аморфный кремний и смеси мышьяка, селена и теллура в различных пропорциях. Такие соединения разделяют с более известными полупроводниками промежуточную проводимость и быстрое изменение проводимости с температурой, а также случайное отрицательное сопротивление. В таких неупорядоченных материалах отсутствует жесткая кристаллическая структура обычных полупроводников, таких как кремний, и они обычно используются в тонкопленочных структурах, которые менее требовательны к электронному качеству материала и, таким образом, относительно нечувствительны к примесям и радиационным повреждениям. Также известны органические полупроводники, то есть органические материалы со свойствами, напоминающими обычные полупроводники.

Кремний используется для коммерческого создания большинства полупроводников. Используются десятки других материалов, включая германий, арсенид галлия и карбид кремния. Чистый полупроводник часто называют «внутренним» полупроводником. Электронные свойства и проводимость полупроводника можно изменять контролируемым образом, добавляя очень небольшие количества других элементов, называемых «легирующими добавками», к собственному материалу. В кристаллическом кремнии это обычно достигается путем добавления примесей бора или фосфора к расплаву и последующего затвердевания расплава в кристалле. Этот процесс называется « обмазывание».

Words to be remembered.

to rectify – исправлять; выверять; выпрямлять

hole – отверстие, полость, канал; дыра

solid – твёрдое тело

silicon – кремний

arsenic – мышьяк

compound – 1. состав, соединение 2. составной; сложный 3. смешивать,  соединять

insensitive – нечувствительный

intrinsic – внутренний; свойственный; существенный

intrinsic germanium – германий с собственной электропроводностью

boron – бор

to solidify – затвердеть; делать твёрдым

doping – 1. добавление присадок; введение добавок; легирование 2. обмазывание; допирование

dopant – легирующая примесь; диффузант; допант

 

Exercise 2.  Answer the following questions.

1. What is a semiconductor? A semiconductor is a material that has an electrical conductivity due to flowing electrons (as opposed to ionic conductivity) which is intermediate in magnitude between that of a conductor and an insulator.
2. What do semiconductor devices include? Devices made from semiconductor materials are the foundation of modern electronics, including radio, computers, telephones, and many other devices.
3. Into what energy do semiconductor solar photovoltaic panels directly convert light energy? Similarly, semiconductor solar photovoltaic panels directly convert light energy into electrical energy.
4. In what conductor current is carried by the flow of electrons? In a metallic conductor, current is carried by the flow of electrons.
5. What are common semiconducting materials? Common semiconducting materials are crystalline solids but amorphous and liquid semiconductors are known.
6. What lacks the rigid crystalline structure of conventional semiconductors? Such disordered materials lack the rigid crystalline structure of conventional semiconductors such as silicon and are generally used in thin film structures, which are less demanding for as concerns the electronic quality of the material and thus are relatively insensitive to impurities and radiation damage.
7. Silicon is used to create most semiconductors commercially, isn`t it? Yes, it is.
8. Is a pure semiconductor often called an “intrinsic” or “extrinsic” semiconductor? A pure semiconductor is often called an “intrinsic” semiconductor.
9. How can the electronic properties and the conductivity of a semiconductor be changed? The electronic properties and the conductivity of a semiconductor can be changed in a controlled manner by adding very small quantities of other elements, called “dopants”, to the intrinsic material. In crystalline silicon typically this is achieved by adding impurities of boron or phosphorus to the melt and then allowing the melt to solidify into the crystal.
10. What is “doping”? The electronic properties and the conductivity of a semiconductor can be changed in a controlled manner by adding very small quantities of other elements, called “dopants”, to the intrinsic material. In crystalline silicon typically this is achieved by adding impurities of boron or phosphorus to the melt and then allowing the melt to solidify into the crystal.

This process is called «doping».

 

Exercise 3.    Match the words on the left with the words on the right.

1. electrical conductivity 4	1. энергия света
2. semiconductor devices 6	2. радиационный вред
3. solar cell 7	3. электронные свойства
4. light-emitting diode 8	4. электрическая проводимость
5. light energy 1	5. маленькие количества
6. electron movement 10	6.полупроводниковые устройства
7. negative resistance 9	7. солнечный элемент
8. radiation damage 2	8. светоиспускающий диод
9. small quantities 5	9. отрицательное сопротивление
10. electronic properties 3	10. движение электронов

 

Exercise 4.  Match Russian and English terms in columns A and B.

A: semiconductor полупроводник, insulator изолятор, conductor проводник, device устройство, digital цифровой, mixture смесь, compound соединение, conductivity проводимость, dozen дюжина, pure беспримесный

 

Exercise 5.  Substitute Russian words for the English ones.

1. A semiconductor is a material that has an electrical проводимость due to the flowing electrons.
2. a) conductor
3. b) conductivity
4. c) conducting
5. Semiconductor devices включают various types of transistor, solar cells, many kinds of diodes.
6. a) include
7. b) exclude
8. c) switch on
9. In a metallic conductor, ток is carried by the flow of electrons.
10. a) current
11. b) currency
12. c) courage
13. Common semiconducting materials are crystalline solids but amorphous and жидкие semiconductors are known.
14. a) watered
15. b) plasmic
16. c) liquid
17. Such disordered materials lack the rigid crystalline структура of conventional semiconductors.
18. a) foundation
19. b) structure
20. c) form
21. Дюжина of other materials is used, including germanium, gallium arsenide and silicon carbide.
22. a) dozen
23. b) decade
24. c) twelve
25. This process называется “doping”.
26. a) is situated
27. b) is called
28. c) is located

 

Exercise 6.   Translate the following sentences from Russian into English.

1. Полупроводник – это материал, который имеет электрическую проводимость. 2. Устройства, сделанные из полупроводниковых материалов, являются основой современной электроники, включая радио, компьютеры, телефоны и многие другие приборы. 3. Полупроводниковые устройства включают различные виды транзисторов, солнечных элементов, много видов диодов, включая светоиспускающий диод. 4. Полупроводниковые солнечные панели преобразуют световую энергию в электрическую. 5. Известны аморфные и жидкие проводники. 6. Кремний используется для коммерческого производства полупроводников. 7. Используются также дюжины других материалов, включая германий, арсенид галлия и карбид кремния. 8. Электронные свойства и проводимость полупроводника можно изменить, добавив небольшие количества других элементов, называемых присадками (примесями). 9. Такой процесс называется добавление присадок (легирование). 10. В металлическом проводнике ток движется при помощи потока электронов.
2. A semiconductor is a material that has electrical conductivity. 2. Devices made from semiconductor materials are the foundation of modern electronics, including radio, computers, telephones, and many other devices. 3. Semiconductor devices include the various types of transistor, solar cells, many kinds of diodes including the light-emitting diode. 4. Semiconductor solar panels convert light energy into electrical energy. 5. Amorphous and liquid conductors are known. 6. Silicon is used for the commercial production of semiconductors. 7. Dozens of other materials are also used, including germanium, gallium arsenide, and silicon carbide. 8. The electronic properties and conductivity of a semiconductor can be changed by adding small amounts of other elements called impurities. 9. This process is called doping. 10. In a metallic conductor, current is carried by the flow of electrons.

 

 

 DOPING AND DOPANTS (ДОПИРОВАНИЕ И ДОПАНТЫ)

 

Exercise 1. Read and translate the text, using the words below.

The property of semiconductors that makes them most useful for constructing electronic devices is that their conductivity may easily be modified by introducing impurities into their crystal lattice. The process of adding controlled impurities to a semiconductor is known as doping. The amount of impurity, or dopant, added to an intrinsic (pure) semiconductor varies its level of conductivity. Doped semiconductors are often referred to as extrinsic. By adding impurity to pure semiconductors, the electrical conductivity may be varied not only by the number of impurity atoms but also, by the type of impurity atom and the changes may be thousand folds and million folds.

The materials chosen as suitable dopants depend on the atomic properties of both the dopant and the material to be doped. In general, dopants that produce the desired controlled changes are classified as either electron acceptors or donors. A donor atom that activates (that is, becomes incorporated into the crystal lattice) donates weakly bound valence electrons to the material, creating excess negative charge carriers. These weakly bound electrons can move about in the crystal lattice relatively freely and can facilitate conduction in the presence of an electric field. (The donor atoms introduce some states under, but very close to the conduction band edge. Electrons at these states can be easily excited to the conduction band, becoming free electrons, at room temperature.) Conversely, an activated acceptor produces a hole. Semiconductors doped with donor impurities are called n-type, while those doped with acceptor impurities are known as p-type. The n and p type designations indicate which charge carrier acts as the material’s majority carrier. The opposite carrier is called the minority carrier, which exists due to thermal excitation at a much lower concentration compared to the majority carrier.

In general, an increase in doping concentration affords an increase in conductivity due to the higher concentration of carriers available for conduction. Degenerately (very highly) doped semiconductors have conductivity levels comparable to metals and are often used in modern integrated circuits as a replacement for metal. Often superscript plus and minus symbols are used to denote relative doping concentration in semiconductors. For example, n⁺ denotes an n-type semiconductor with a high, often degenerate, doping concentration. Similarly, p^— would indicate a very lightly doped p-type material. It is useful to note that even degenerate levels of doping imply low concentrations of impurities with respect to the base semiconductor.

Свойство полупроводников, которое делает их наиболее полезными для создания электронных устройств, заключается в том, что их проводимость можно легко изменить, введя примеси в их кристаллическую решетку. Процесс добавления контролируемых примесей в полупроводник известен как легирование. Количество примеси или легирующей примеси, добавленной к чистому (без примесей) полупроводнику, изменяет его уровень проводимости. Легированные полупроводники часто называют внешними. Добавляя примеси к чистым полупроводникам, электропроводность может изменяться не только числом примесных атомов, но также и типом примесного атома, и изменения могут быть в тысячу раз и миллион раз.

Материалы, выбранные в качестве подходящих легирующих добавок, зависят от атомных свойств как легирующей добавки, так и легируемого материала. В общем, легирующие добавки, которые вызывают желаемые контролируемые изменения, классифицируются как акцепторы электронов или доноры. Донорный атом, который активируется (то есть включается в кристаллическую решетку), отдает материалу слабосвязанные валентные электроны, создавая избыточные отрицательные носители заряда. Эти слабосвязанные электроны могут относительно свободно перемещаться по кристаллической решетке и могут способствовать проводимости в присутствии электрического поля. (Атомы-доноры вводят некоторые состояния под, но очень близко к краю зоны проводимости. Электроны в этих состояниях могут быть легко перемещены в зону проводимости, становясь свободными электронами при комнатной температуре.) И наоборот, активированный акцептор создает пространство. Полупроводники, легированные донорными примесями, называются n-типом, а полупроводники, легированные акцепторными примесями, известны как p-тип. Обозначения типа n и p указывают, какой носитель заряда действует как основной носитель материала. Противоположный носитель называется неосновным носителем, который существует из-за теплового возбуждения при гораздо более низкой концентрации по сравнению с основным носителем.

Как правило, увеличение концентрации легирования приводит к увеличению проводимости из-за более высокой концентрации носителей, доступных для проводимости. Легированные полупроводники имеют уровни проводимости, сравнимые с металлами, и часто используются в современных интегральных схемах в качестве замены металла. Часто надстрочные символы плюс и минус используются для обозначения относительной концентрации легирования в полупроводниках. Например, n + обозначает полупроводник n-типа с высокой, часто вырожденной концентрацией легирования. Точно так же p- будет указывать на очень слабый легированный материал p-типа. Полезно отметить, что даже вырожденные уровни легирования подразумевают низкие концентрации примесей по сравнению с основным полупроводником.

 

Words to be remembered.

impure – нечистый; с примесью

fold – складка; сгиб; фальц

acceptor – 1. акцептор, акцепторная примесь 2. акцепторный уровень

donor – 1. донорная примесь, донор 2. донорный уровень

charge carrier – носитель заряда

excess – избыток; излишек

edge – край; лезвие

designation – указание; назначение

superscript – 1. знак сноски 2. надстрочный знак 3. показатель степени

excitation – возбуждение

 

Exercise 2. Answer the following questions.

1. How may the conductivity of semiconductors be easily modified? The property of semiconductors that makes them most useful for constructing electronic devices is that their conductivity may easily be modified by introducing impurities into their crystal lattice.
2. What is doping? The process of adding controlled impurities to a semiconductor is known as doping.
3. Are doped semiconductors referred to as extrinsic or intrinsic? Doped semiconductors are often referred to as extrinsic.
4. What may happen if we add impurity to pure semiconductors? By adding impurity to pure semiconductors, the electrical conductivity may be varied not only by the number of impurity atoms but also, by the type of impurity atom and the changes may be thousand folds and million folds.
5. What do the materials chosen as suitable dopants depend on? The materials chosen as suitable dopants depend on the atomic properties of both the dopant and the material to be doped.
6. How are dopants classified? In general, dopants that produce the desired controlled changes are classified as either electron acceptors or donors.
7. What produces a hole? Conversely, an activated acceptor produces a hole.
8. What do you know about n-type and p-type? Semiconductors doped with donor impurities are called n-type, while those doped with acceptor impurities are known as p-type. The n and p type designations indicate which charge carrier acts as the material’s majority carrier. The opposite carrier is called the minority carrier, which exists due to thermal excitation at a much lower concentration compared to the majority carrier.
9. Why does an increase in doping concentration afford an increase in conductivity? In general, an increase in doping concentration affords an increase in conductivity due to the higher concentration of carriers available for conduction.
10. What is used as a replacement for metal? Degenerately (very highly) doped semiconductors have conductivity levels comparable to metals and are often used in modern integrated circuits as a replacement for metal.
11. What is used to denote relative doping concentration in semiconductors? In general, an increase in doping concentration affords an increase in conductivity due to the higher concentration of carriers available for conduction.
12. Even degenerate levels of doping imply low concentrations of impurities, don`t they? Yes, they do.

 

Exercise 3. Look through the following word expressions and make up sentences of your own with them.

Amount of impurity, level of conductivity, suitable dopants, weakly bound, charge carriers, relatively freely, room temperature, majority carrier, minority carrier, thermal excitation, integrated circuits.

 

In cases where PeCB is found as an impurity of biocides and pesticides whose use is continuing further legislative measures could be taken to reduce the amounts of impurities.

Metal contact electrodes are formed on the surface of the heavily doped regions of the two levels of conductivity.

A further concern with scaling below 40 nm is the effect of sutable dopants as the p-n junction width scales down.

Therefore, the sigma factor, cycles between a strongly bound state during initiation and a weakly bound state during elongation.

Due to the tight confinement of charge carriers in quantum dots, they exhibit an electronic structure similar to atoms.

They operate relatively freely throughout Kosovo.

No, it’s going to be room temperature.

Currently the great majority of carriers offering a door-to-door service), whether shipowners, NVOCCs or freight forwarders, operate under contracts of carriage providing for a network system.

A boule of silicon is the starting material for most of the integrated circuits used today.

 

Exercise 4. Choose the word with the same meaning as the definition.

1. The process of adding controlled impurities to a semiconductor is known as …
2. a) dopant
3. b) doping
4. c) doper
5. Doped semiconductors are often referred to as …
6. a) extrinsic
7. b) intrinsic
8. c) offtrinsic
9. An activated … produces a hole.
10. a) donor
11. b) receiver
12. c) acceptor
13. Semiconductors doped with … impurities are called n-type.
14. a) donor
15. b) acceptor
16. c) transmitter
17. The n- and p-type designations indicate which charge carrier acts as the material`s …
18. a) semi-insulators
19. b) minority carrier
20. c) majority carrier
21. An increase in doping concentration affords an increase in …
22. a) conductivity
23. b) insulation
24. c) concentration