Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Kiedy półprzewodniki stają się przewodnikami i izolatorami? 1.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Kiedy półprzewodniki stają się przewodnikami i izolatorami? 1."— Zapis prezentacji:

1 Kiedy półprzewodniki stają się przewodnikami i izolatorami? 1

2 Skąd się bierze prąd?

3 Metal, przewodnik i półprzewodnik 3 (prawo Ohma) długość pole przekroju Rezystywność (rodzaj materiału) REZYSTYWNOŚĆ duża – izolator średnia – półprzewodnik mała - metal

4 Typowe półprzewodniki 4

5 5/18 Krzem n = 2 8 elektronów n = 1 2 elektrony Izolowany atom Jednocząstkowe poziomy energetyczne dla atomu sodu i ich zapełnienie przez 11 elektronów. 6 dozwolonych stanów o tej samej energii 2 dozwolone stany o tej samej energii

6 6/18 N atomów - po połączeniu w kryształ E PASMOWA TEORIA CIAŁA STAŁEGO, teoria tłumacząca właściwości elektronowe ciał stałych; opiera się na założeniu, że podczas powstawania struktury krystalicznej ciała stałego dozwolone dla elektronów poziomy energetyczne swobodnych atomów rozszczepiają się tworząc pasma poziomów blisko leżących; Każdy z N atomów wnosi w posagu swoje poziomy Powstają pasma składające się z dużej (ogromnej!) liczby bardzo blisko siebie leżących poziomów. Poziomy praktycznie tworzą ciągłe pasmo.

7 7/18 Teoria pasmowa - proste podejście Poszczególne pasma są od siebie oddzielone pasmem wzbronionym (przerwą energetyczną); najwyższe, całkowicie lub częściowo wypełnione elektronami pasmo jest nazywane pasmem walencyjnym, a kolejne wyższe, całkowicie lub prawie całkowicie puste - pasmem przewodnictwa. W niecałkowicie zapełnionym pasmie pole elektryczne może spowodować przeniesienie elektronu na sąsiedni poziom energetyczny, tj. wywołać przepływ prądu, w całkowicie zapełnionym pasmie nie może ono zmieniać ani położenia, ani pędu elektronu, a więc nie wywołuje przepływu prądu. E - energia, poszczególne energie odpowiadają: Ec - dnu pasma przewodnictwa Ev - wierzchowi pasma walencyjnego Eg - szerokości przerwy energetycznej - powinowactwo elektronowe q - ładunek elementarny = energia potrzebna do ucieczki elektronu z kryształu poziom próżni

8 8/18 Podział materiałów ze względu na ich strukturę pasmową metal (a, b) z niepełnym pasmem walencyjnym - dobrze przewodzi prąd półprzewodnik (c) z wąską przerwą energetyczną - przewodzi prąd izolator (d) - szeroka przerwa, walencyjne pasmo zapełnione, pasmo przewodnictwa puste

9 9/18 Elektrony i dziury Zamiast rozważać dużą liczbę elektronów w niecałkowicie wypełnionym pasmie walencyjnym (cząstek o ujemnym ładunku i ujemnej masie efektywnej), rozważamy małą liczbę dziur (cząstek o dodatnim ładunku i dodatniej masie efektywnej).

10 10/18 Co się dzieje, gdy wprowadzimy domieszkę? (na przykładzie krzemu) dziura Wprowadzenie elektronu (fosfor) - domieszka donorowa: na dodatkowy elektron NIE MA miejsca w pasmie walencyjnym - gdzie się ma podziać? domieszkowanie takie NIE zwiększa liczby dziur! elektrony mogą się przemieszczać - znajdą się w pasmie przewodnictwa, gdy będą miały energię większą, niż energia wiązania na domieszce (donorze) Wprowadzenie dziury (bor) - domieszka akceptorowa: domieszka kradnie elektron od sąsiada (Si) domieszkowanie takie NIE zwiększa liczby elektronów! dziury mogą się przemieszczać - o ile założymy, że mają energię wystarczającą do przekroczenia energii wiązania dziury na akceptorze

11 11/18 Kandydaci na domieszki

12 12/18 Energie wiązania (czyli jak mocno trzeba kopnąć domieszkę, aby pojawiły się dodatkowe nośniki prądu) (dla temperatury pokojowej energia kT wynosi w przybliżeniu 25meV)

13 13/18 Pasma wyglądają teraz tak: W pasmie wzbronionym powstają dodatkowe poziomy związane z domieszkami o energii pomniejszonej o o wspomnianą energię wiązania (E B ; B od angielskiego binding) w temperaturze 0K dla domieszek donorowych i akceptorowych wyglada to tak: E dom dla dziur wygodniej liczyć względem wierzchu pasma walencyjnego

14 14/18 Dla donorów

15 15/18 Dla akceptorów

16 16/18 Gdy wszystkie domieszki są zjonizowane koncentracja elektronów w pasmie przewodnictwa w zależności od temperatury w pewnych (wyższych) temperaturach półprzewodnik zaczyna zachowywać się jakby był samoistny (bo wszystkie domieszki są opróżnione/zapełnione) - zjonizowane to slang!

17 17/18 Poziom (energia) Fermiego UWAGA! To tylko podstawy! EvEv EcEc EFEF EvEv EcEc EFEF EvEv EcEc EFEF EDED EAEA półprzewodnik samoistny: w środku pasma wzbronionego typ n: pomiędzy poziomami donorowymi i dnem pasma przewodnictwa typ p: pomiędzy poziomami akceptorowymi i wierzchem pasma walencyjnego

18 18/18 Dioda półprzewodnikowa (złącze p-n)

19 19/18 Praktyczne wykorzystanie - prosty opis (statyczny) złącza p-n Przed połączeniem W momencie połączenia Po połączeniu - ustala się równowaga, wyrównuja się poziomy Fermiego, powstaje bariera potencjału, płyną prądy dyfuzyjny i unoszenia.

20 20/18 Praktyczne wykorzystanie - prosty opis (statyczny) złącza p-n polaryzacja w kierunku zaporowym polaryzacja w kierunku przewodzenia Va - przyłożone napięcie

21 21/18 Diody w praktyce

22 22/18 UWAGA! Pasma dotyczą kryształów, ale... Intensywny rozwój elektroniki i optoelektroniki opartej o meteriały organiczne oraz integracja tej technologii z tradycyjną spowodowały pewien bałagan - chemicy i fizycy używają różnych określeń - często niepoprawnych. W polimerach i warstwach z nich stworzonych raczej NIE można mówić o pasmach (choć niektóre warstwy maja właściwości, które można za pomocą teorii pasmowej opisać). Odpowiednikami pasm są LUMO (lowest unoccupied molecular orbital - czyli najniższy nieobsadzony orbital molekularny) oraz HOMO (highest occupied molecular orbital - czyli najwyższy obsadzony orbital molekularny). LUMO jest odpowiednikiem pasma przewodnictwa, zaś HOMO - walencyjnego.

23 Nie załamuj się! Ty też możesz dostać Nobla! Wszystko, co było do wynalezienia, zostało już wynalezione. Charles H. Duell, Biuro Patentów USA, komórki wykonane przez NASZYCH studentów 23


Pobierz ppt "Kiedy półprzewodniki stają się przewodnikami i izolatorami? 1."

Podobne prezentacje


Reklamy Google