Wykład III Rodzaje półprzewodników

Materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych Szerokość pasma zabronionego[eV] 300K Ruchliwość [cm2/Vs] Względna stała dielektryczna Kondukt. cieplna [WmK-1] Krzem 1,12 1500 11,7 1,45 German 0,66 3900 16,0 0,55 Arsenek galu 1,43 8600 13,1 0,44 Antymonek galu 0,67 4000 15 0,33 Arsenek indu 33000 - 0,27 Fosforek indu 1,29 6000 1,1 0,68 Antymonek indu 0,16 70000 0,17

Materiały Grupy IV Im mniejsza Eg tym większa odległość do najbliższych sąsiadów d Atom Eg (eV) d (Å) C 6.0 2.07 Si 1.1 2.35 Ge 0.7 2.44 Sn (półmetal) 0.0 2.80 Pb ( metal) 0.0 1.63 str wurcytu

Materiały IV grupy C, Si, Ge, Sn - struktura diamentu Pb – struktura fcc fcc fcc

Półprzewodniki atomowe C (diament), Si, Ge, Sn (tzw. szara cyna lub α-Sn) Wiązanie tetraedryczne w strukturze diamentu. Każdy atom ma 4 najbliższych sąsiadów. wiązanie: sp3 kowalencyjne. Również niektóre pierwiastki V i VI grupy są półprzewodnikami! P S, Se, Te

 BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb Związki III-V III V B N Al P Ga As In Sb Tl  nie używane  Bi  BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,….

Związki III-V zastosowania: detektory IR, diody LED, przełączniki BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,…. Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOP Wiązanie tetraedryczne! Struktura blendy cynkowej. Niektóre związki (B i N ): struktura wurcytu Wiązanie: mieszane, kowalencyjno-jonowe Blenda cynkowa Wurcyt

 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe Związki II-VI II VI Zn O Cd S Hg Se Mn Te nie używany  Po  ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe HgS, HgSe, HgTe, wybrane związki z Mn….

Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOP Związki II-VI zastosowania: detektory IR, diody LED, przełączniki ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe HgS, HgSe, HgTe (półmetale); związki z Mn Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOP Duże przerwy wzbr.! (za wyjątkiem związków z Hg które są półmetalami z zerową przerwą. Wiązanie tetraedryczne! Niektóre blenda cynkowa, niektóre str. wurcytu Wiązanie: bardziej jonowe niż kowalencyjne

Związki IV- IV  SiC IV C Si Ge Sn Inne: GeC, SnC, SiGe, SiSn, GeSn – nie można zrealizować lub nie są półprzewodnikami SiC: blenda cynkowa (półprzewodnik), heksagonalna gęsto upakowana (duża przerwa, izolator).

Związki IV- VI IV VI C O Si S Ge Se Sn Te Pb  PbS, PbTe, PbSe, SnS Inne: SnTe, GeSe, nie można zrealizować lub nie są półprzewodnikami

Związki IV-VI zastosowania: detektory IR, przełączniki PbS, PbTe struktura blendy cynkowej Inne:~ 100% wiązania jonowe Małe przerwy (detektory IR)

Duże przerwy wzbronione Związki I-VII W większości izolatory: NaCl, CsCl, Brak wiązań tetraedrycznych ~ 100% wiązania jonowe Struktura typu NaCl lub CsCl Duże przerwy wzbronione lk=12 lk=8

Tlenki Izolatory (duże przerwy wzbronione) Niektóre są półprzewodnikami: CuO, Cu2O, ZnO niezbyt dobrze rozumiane, nieliczne zastosowania (poza ZnO m.in.. przetwornik ultradźwiękowy, fotowoltaika (partner typu n do CdTe typu p /lub materiał organiczny typu p !) W niskichT, niektóre tlenki są nadprzewodnikami Wiele wysokotemp. nadprzewodników jest wykonane na bazie La2CuO4 (Tc~ 135K)

Półprzewodniki z prostą i skośną przerwą wzbronioną

E(k) (relacja dyspersji) dla krzemu

E(k) dla Si i GaAs a) E(k) dla Si i GaAs b)Powierzchnia stałej energii dla Si, w pobliżu 6 minimów pasma przewodnictwa w kierunku punktu X..

E(k) (relacja dyspersji) dla germanu

E(k) (relacja dyspersji) dla GaAs i AlAs

Historia Isamu Akasaki 1985 monokryształ GaN na szafirze 1989 niebieska LED p-n GaN, p-typ otrzymany poprzez bombardowanie elektronami GaN:Mg, (prototyp) Shuji Nakamura 1993 – pierwsza zielona, niebieska, fiolet. i biała (o wysokiej jasności) LED na GaN (epitaksjalna warstwa MOCVD na szafirze),(wodór pasywuje akceptory), masowa produkcja 1995 –pierwszy biało-niebieski laser na GaN ze studnią kwantową

GaN przegląd Wurcyt Stała sieci 300K a0 = 0.3189 nm c0 = 0.5185 nm gęstość 300K 6.095 g.cm-3 Wurcyt http://en.wikipedia.org/wiki/Gallium_nitride kryształ GaN www.phy.mtu.edu/yap/images/galliumnitride.jpg Epiwarstwa GaN na szafirze http://pl.wikipedia.org/wiki/Azotek_galu

GaN struktura pasmowa i I strefa Brillouina 22 22

GaN Wytrzymały na duże pole elektryczne: 3MV/cm Odporność na wysoką temp. (duża przerwa) Duża gęstość prądu Duża szybkość przełączania

Widmo promieniowania i energie wzbronione

Ga P As GaAs(1+x) Px

GaAs(1+x) Px