Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Przyrządy półprzewodnikowe dr hab. Ewa Popko, prof. P.Wr. p.231a.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Przyrządy półprzewodnikowe dr hab. Ewa Popko, prof. P.Wr. p.231a."— Zapis prezentacji:

1 Przyrządy półprzewodnikowe dr hab. Ewa Popko, prof. P.Wr. p.231a

2 Przyrządy półprzewodnikowe Literatura: 1.J.Hennel Podstawy elektroniki półprzewodnikowej WNT Warszawa W.Marciniak Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone WNT Warszawa Materiały do wykładu, dostępne poprzez internet : 4. E.Płaczek-Popko, Fizyka odnawialnych źródeł energii Skrypt DBC 5. S.Kuta Elementy i układy elektroniczne Wyd. AGH, wyd. I 2000 LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: [1] S.M.Sze Physics of Semiconductor Devices J.Wiley and Sons, NY 1981, dostępna wersja elektroniczna, e-książki, BG P.Wr. [2] M.Rusek, J.Pasierbiński Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach WNT Warszawa 1990

3

4

5

6

7 Rozwój technologii IC – IC w oparciu o tranzystory bipolarne Od r – IC w oparciu o technologię CMOS, tranzystor polowy (FET) CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor Gate - bramka

8

9

10

11 Wybrane materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych Półprzewodnik Szerokość pasma zabronionego[ eV] 300K Ruchliwość [cm 2 /Vs) Względna stała dielektryczna Kondukt. cieplna [WmK -1 ] Krzem1, ,71,45 German0, ,00,55 Arsenek galu1, ,10,44 Antymonek galu0, ,33 Arsenek indu0, ,27 Fosforek indu1, ,10,68 Antymonek indu0, ,17

12 Nazwy pisane italikiem – półprzewodniki ze skośną przerwą wzbronioną

13 Fale materii Dualizm falowo-cząstkowy fali elektromagnetycznej. W zjawiskach takich jak dyfrakcja czy interferencja fala elektromagnetyczna wykazuje typowe własności falowe. W zjawiskach takich jak promieniowanie rentgenowskie, efekt Comptona czy efekt fotoelektryczny fala elektromagnetyczna wykazuje naturę korpuskularną, tzn. jest strumieniem cząstek zwanych fotonami. Hipoteza de Broglie'a. W 1924 roku L. de Broglie założył, że dualizm cząstkowo - falowy jest własnością charakterystyczną nie tylko dla fali elektromagnetycznej, ale również dla cząstek o masie spoczynkowej różnej od zera.Oznacza to, że cząstki takie jak np. elektrony powinny również wykazywać własności falowe. Fale te nazwał on falami materii. Założył, że długość fal materii określona jest tym samym związkiem, który stosuje się do fotonów.

14 Fizyka klasyczna –dokładność pomiaru jest zdeterminowana jedynie jakością aparatury pomiarowej –Nie ma teoretycznych ograniczeń na dokładność z jaką mogą być wykonane pomiary Mechanika kwantowa –Obowiązuje zasada nieoznaczoności: pewnych wielkości fizycznych nie można zmierzyć równocześnie z dowolną dokładnością Zasada nieoznaczoności

15 Zasada nieoznaczoności dla równoczesnego pomiaru energii i czasu: Zasada nieoznaczoności dla równoczesnego pomiaru pędu i położenia:

16 Zgodnie z hipotezą de Broglie'a, cząstki takie jak elektron czy proton, mają własności falowe. Własności falowe cząstki (lub innego obiektu) w mechanice kwantowej opisuje tzw. funkcja falowa (x,t) : zawiera w sobie wszystkie informacje o obiekcie (np. cząstce) w ogólnym przypadku jest to funkcja zespolona współrzędnych przestrzennych oraz czasu musi być funkcją ciągłą, a także musi mieć ciągłą pochodną Kwadrat modułu funkcji falowej jest gęstością prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w chwili t w pewnym punkcie przestrzeni Funkcja falowa

17 Funkcję falową, dla danej cząstki, lub bardziej złożonego układu fizycznego, otrzymujemy rozwiązując równanie różniczkowe nazywane równaniem Schroedingera. Jeżeli energia potencjalna cząstki U nie zależy od czasu, to równanie Schroedingera jest równaniem niezależnym od czasu i nazywa się stacjonarnym równaniem Schroedingera. Równanie Schroedingera

18 Cząstka swobodna - na cząstkę nie działają żadne pola. Energia potencjalna cząstki U(x)=0. Szukamy rozwiązania w postaci (x)=A sin(kx) Funkcja ta będzie rozwiązaniem gdy: Cząstka swobodna Czyli energia cząstki swobodnej!

19 Cząstka w studni potencjału 1. Przypadek klasyczny Znajdująca się w głębokiej studni piłka może posiadać dowolną ener- gię kinetyczną. W szczególnym przypadku gdy znajduje się w spoczynku na dnie studni posiada energię całkowitą równą zeru.

20 Cząstka w studni potencjału 2. Przypadek kwantowy Energia potencjalna Warunki brzegowe: Równanie Schroedingera:

21 Cząstka w studni potencjału W obszarze studni cząstka jest cząstką swobodną. Szukamy więc rozwiązania w postaci (x)=A sin( kx. Warunek brzegowy dla x=0 : spełniony jest jedynie gdy =0. Warunek brzegowy dla x= L : spełniony jest jedynie gdy kL=n. oraz skąd n = 0, 1, 2, 3,...

22 Cząstka w studni potencjału -wnioski Pytanie: czy n może być równe zeru? Dla n=0, energia =0 oraz (x)=A sin(0 x)= 0. Oznacza to, że prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w tym obszarze Wniosek: najmniejsza wartość n=1. Cząstka musi mieć energię różną od zera. Najmniejsza energia:

23 Cząstka w studni potencjału -wnioski n = 1, 2, 3,... gdzie W nieskończonej studni potencjału energia cząstki może przyjmować tylko pewne ściśle określone, różne od zera wartości:

24 Cząstka w studni potencjału -wnioski Funkcja falowa : Wewnątrz studni powstaje fala stojąca materii z węzłami na brzegach studni.

25 Kwantowanie energii Energia dowolnego obiektu jest skwantowana. Obiekt znajduje się na jednym z dozwolonych poziomów energetycznych Zmiana energii układu może odbywać się wyłącznie porcjami - kwantami W makroświecie odległość pomiędzy najbliższymi poziomami energetycznymi jest niemierzalnie mała

26 ModelatomuBohra PostulatyBohra 1.Elektrony poruszają wokół jądra po orbitach stacjonarnych. 2.Atom emituje promieniowanie, gdy elektron przechodzi z jednej orbity stacjonarnej na drugą. 3. Częstotliwość promieniowania jest dana wzorem hf=E m -E n gdzieE m iE n oznaczają energie tych stanów. 4.Moment pędu elektronu jestskwantowany: m e vr=n

27

28 Liczby kwantowe: n, l, m l - określa wartości momentu pędu elektronu na orbicie; liczba naturalna z zakresu [0, n-1 ] l - orbitalna liczba kwantowa l = 0,1,2,…n-1; m l - magnetyczna liczba kwantowa m - określa rzut momentu pędu elektronu na wyróżniony kierunek w przestrzeni; liczba całkowita z zakresu [-l, l ] n - główna liczba kwantowa n- określa dozwolone wartości energii elektronu na orbicie; n=1,2,3,...

29 Liczby kwantowe: n n - liczba naturalna,numeruje energię n = 1,2,3,4,5,…; E = eV eV Zjoniz. atom n = 1 n = 2 n = 3 n- główna liczba kwantowa masa zredukowana

30 Kwantyzacja momentu pędu i składowej z-owej momentu pędu

31 Kwadrat modułu funkcji falowej

32 Wartość własnego moment pędu elektronu : Liczba spinowa s = ½ s Własny moment pędu - spin Rzut własnego momentu pędu na wybraną oś

33 Stan elektronu charakteryzowany jest poprzez: energię, wartość momentu pędu, rzut momentu pędu oraz wartość rzutu własnego momentu pędu

34 Atom wieloelektronowy Atom zawierający więcej niż jeden elektron. Energie elektronu są teraz inne niż dozwolone energie w atomie wodoru. Związane jest to z odpychaniem pomiędzy elektronami. Zmienia to energię potencjalną elektronu. Dozwolone energie elektronu zależą od głównej liczby kwantowej n oraz w mniejszym stopniu od orbitalnej liczby kwantowej. Zależność od l staje się istotna dla atomów o dużej ilości elektronów. Każdy elektron zajmuje w atomie stan który jest opisany poprzez liczby kwantowe: n,, m, m s.

35 Struktura elektronowa atomu złożonego może być rozpatrywana jako kolejne zapełnianie podpowłok elektronami. Kolejny elektron zapełnia kolejny stan o najniższej energii. O własnościach chemicznych atomów decydują elektrony z ostatnich podpowłok ( podpowłok walencyjnych) odpowiedzialnych za wiązania chemiczne. Zakaz Pauliego Ułożenie elektronów na kolejnych powłokach określone jest poprzez zakaz Pauliego : Elektrony w atomie muszą różnić się przynajmniej jedną liczbą kwantową tzn. nie ma dwu takich elektronów których stan opisywany byłby przez ten sam zestaw liczb kwantowych n,, m oraz m s.

36 Powłoki K, L, M N : Liczba dozwolonych stanów obrazuje stan o m s = +1/2 obrazuje stan o m s = -1/2 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 4 Węgiel Tlen Reguła Hunda- elektrony wypełniając daną podpowłokę początkowo ustawiają swoje spiny równolegle

37

38 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 6d 10 5f 14 Konfiguracja elektronowa - kolejność zapełniania orbit


Pobierz ppt "Przyrządy półprzewodnikowe dr hab. Ewa Popko, prof. P.Wr. p.231a."

Podobne prezentacje


Reklamy Google