Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Vitalii Dugaev Katedra Fizyki Politechnika Rzeszowska Semestr letni, rok 2013/2014 FIZYKA CIAŁA STAŁEGO.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Vitalii Dugaev Katedra Fizyki Politechnika Rzeszowska Semestr letni, rok 2013/2014 FIZYKA CIAŁA STAŁEGO."— Zapis prezentacji:

1 Vitalii Dugaev Katedra Fizyki Politechnika Rzeszowska Semestr letni, rok 2013/2014 FIZYKA CIAŁA STAŁEGO

2 Energia wiązania donora Promień Bohra w półprzewodniku, w stanie określonym główną liczbą kwantową n Wartości energii jonizacji donorów E d w germanie i krzemie (eV) Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 1 Przewodnictwo domieszkowe

3 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 2 W germanie i krzemie dziura może być związana z atomem domieszkowym trójwartościowym. Typowymi domieszkami są B, Al, Ga i In. Domieszki taki nazywamy akceptorami, ponieważ mogą oni zabierać elektrony z pasma walencyjnego, pozostawiając dziury. Wartości energii jonizacji akceptorów E a trójwartościowych domieszek w germanie i krzemie (eV)

4 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 3 Termiczna jonizacja domieszek Obliczymy obecnie w temperaturze T koncentrację n elektronów przewodnictwa pochodzących ze zjonizowanych donorów Zakładamy, że brak jest akceptorów Niech N d, N d +, N d 0 oznacza kolejno koncentrację donorów, zjonizowanych donorów i obojętnych donorów (niezjonizowanych) Koncentracja elektronów przewodnictwa Ponieważ każdy elektron przewodnictwa powstaje w wyniku jonizacji jednego z donorów

5 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 4 Rozpatrzymy graniczny przypadek niskiej temperatury, E d /k B T>>1. Równanie dla μ upraszcza się do

6 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 5 Ruchliwość w obecności domieszek Ruchliwość nośników określana jest przez rozpraszanie na fononach w warunkach małej koncentracji atomów domieszkowych, albo w warunkach wysokich temperatur Rozpraszanie na atomach domieszkowych odgrywa znaczną role w przypadku dużych koncentracji domieszek ruchliwość, cm 2 /V s AgCl Ruchliwość elektronów dla różnych kryształów AgCl

7 Pasma energetyczne w Si i Ge Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 6 E, eV Ge

8 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 7 Czas życia nośników i rekombinacja Istnieje kilka sposobów, dzięki którym możemy w półprzewodniku wytworzyć odchylenie koncentracji elektronów i dziur od wartości w stanie równowagi termicznej: wstrzyknięcie nośników do próbki przez kontakt metaliczny wytworzenie par elektron-dziura wywołane światłem bombardowanie cząstkami naładowanymi Układ wytrącony z równowagi dąży do powrotu do niej przez rekombinację nadwymiarowych elektronów i dziur W najprostszym przypadku elektrony i dziury generowane są w różnych ilościach i rekombinują z tą samą prędkością Dla małych koncentracji nośników nadwymiarowych zanik jest zazwyczaj wykładniczy i scharakteryzowany przez stałą – czas życia nośników:

9 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 8 Równanie ciągłości dla dziur: gdzie j p =pv p – gęstość strumienia, G – prędkość generacji dziur (na jednostkę objętości) Równanie dyfuzji gdzie D p jest stałą dyfuzji Stałą dyfuzji i ruchliwość są związane zależnością Einsteina W stanie stacjonarnym: Bez generacji dziur: G = 0

10 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 9 W modelu jednowymiarowym: Rozwiązanie pod warunkiem, że p=0 w x=∞ : gdzie Analogiczne wyrażenie otrzymujemy dla elektronów: – droga dyfuzji dziur – droga dyfuzji elektronów

11 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 10 Wyprowadzenie zależności Einsteina Zgodnie z rozkładem boltzmannowskim koncentracja nośników n(x) w punkcie x jest proporcjonalna do Warunek na znikanie prądu wypadkowego w warunkach równowagi

12 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 11 Złącza prostujące p-n koncentracja dziur koncentracja elektronów potencjał elektrostatyczny Warstwa rozdzielająca obszary n i p w półprzewodnikach nazwana jest złączem p-n Bardzo ważne w zastosowaniach są właściwości prostujące i działanie tranzystorowe takich złącz Zakładamy, że grubość wewnętrznej warstwy granicznej między materiałem typu p a typu n jest mała w porównaniu z drogą dyfuzji, czyli odległością, na jaką nośnik przedyfunduje w czasie swego życia W stanie równowagi (w napięciu V = 0) gdzie J nr – strumień elektronów z obszaru n do obszaru p, gdzie elektrony kończą swe życie przez rekombinacje z dziurami, J ng – przepływ elektronów, które są generowane termicznie w obszarze typu p i dyfundują do obszaru typu n

13 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 12 Gdy przyłożymy napięcie w kierunku wstecznym (zaporowym) prąd rekombinacji maleje o czynnik Boltzmanna Gdy przyłożymy napięcie w kierunku przewodnictwa, to prąd związany z rekombinacją wzrośnie o czynnik Boltzmanna, ponieważ stąd nastąpi obniżenie bariery potencjalnej, co umożliwi większej liczbie elektronów przepłyniecie ze strony typu n na stronę typu p: Prąd związany z generacją nie ulega zmianie od napięcia Prąd elektryczny wytworzony przez dziury dodaje się do prądu wytworzonemu przez elektrony. Całkowite natężenie prądu elektrycznego gdzie I s jest sumą prądów wywołanych generacją nośników

14 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 13 Polarony Elektron w sieci krystalicznej dzięki swojemu ładunkowi elektrycznemu oddziałuje z jonami i atomami sieci wywołując tym samym miejscowe odkształcenie sieci krystalicznej Układ złożony z elektronu i wywołanego przez niego pola odkształceń nazywamy polaronem Najważniejszym skutkiem odkształcenia sieci krystalicznej jest towarzyszący mu wzrost masy efektywnej elektronu, wynikający z tego, że wraz z ruchem elektronu wyłączony zostaje ruch jonów, a więc elektron zachowuje się tak, jakby miał większą masę Należy oczekiwać szczególnie dużego efektu w kryształach jonowych, z powodu silnego oddziaływania kulombowskiego pomiędzy naładowanymi jonami a elektronem W kryształach o wiązaniach kowalencyjnych należy oczekiwać słabego efektu, ponieważ kryształ składa się z atomów obojętnych

15 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 14 NADPRZEWODNICTWO Opór elektryczny wielu metali i stopów spada do zera, gdy próbki ochłodzi się do dostatecznie niskich temperatury Zjawisko to zaobserwował po raz pierwszy Kammerling Onnes w Leidzie w roku 1911 Stwierdzono doświadczalnie, że nadprzewodnik w polu magnetycznym będzie zachowywał się jak doskonały diamagnetyk z zerową indukcja magnetyczną w swoim wnętrzu Gdy próbkę umieścimy w polu magnetycznym, a następnie ochłodzimy i poprzez temperaturę przejścia dojdziemy do stanu nadprzewodnictwa, wówczas początkowo obecny w próbce strumień magnetyczny zostaje z niej wyrzucony. To zjawisko nazywa się zjawiskiem Meissnera

16 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 15 Zjawisko Meissnera

17 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 16 temperatura przejścia, K pole krytyczne przy 0K, gauss Pierwiastki nadprzewodzące w układzie okresowym pierwiastków

18 Fizyka Ciała Stałego, Lekcja 9 Strona 17 T c, K Wiadomo, że stan nadprzewodzący jest uporządkowanym stanem elektronów przewodnictwa w metalu Uporządkowanie to polega na tworzeniu się luźno związanych par elektronów Elektrony zachowują się uporządkowanie w temperaturach niższych od temperatury przejścia, a tracą je powyżej tej temperatury Naturze uporządkowania i jego powstanie wyjaśnili po raz pierwszy w roku 1957 Bardeen, Cooper i Schrieffer


Pobierz ppt "Vitalii Dugaev Katedra Fizyki Politechnika Rzeszowska Semestr letni, rok 2013/2014 FIZYKA CIAŁA STAŁEGO."

Podobne prezentacje


Reklamy Google