3. Elementy półprzewodnikowe i układy scalone

Prezentacja na temat: "3. Elementy półprzewodnikowe i układy scalone"— Zapis prezentacji:

1 3. Elementy półprzewodnikowe i układy scalone

2 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Najważniejsze cechy półprzewodników: a) bardzo silna zależność konduktywności od koncentracji domieszek; b) występowanie dwóch rodzajów nośników prądu: elektronów i tzw. dziur.

3 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Przewodnictwo elektryczne Natężenie prądu i: Gęstość prądu: natężenie odniesione do jednostki powierzchni. q – ładunek, p – koncentracja, v – prędkość nośników ładunku.

4 3.1. Materiały półprzewodnikowe
σ – konduktywność,  - rezystywność. Średnia prędkość nośników ładunku: μ – ruchliwość.

5 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Różnice w konduktywności materiałów wynikają głównie z różnic w koncentracji nośników. Metale σ = 103 – 105 (Ωcm)–1; Izolatory σ = 10–15 – 10–2 (Ωcm)–1; Czyste półprzewodniki – jak izolatory.

6 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Nośniki ładunku w półprzewodniku Krzem (Si), Arsenek galu (GaAs), German (Ge), węglik krzemu (SiC) – mono-krystaliczne. Sieć krystaliczna. Wiązania krystaliczne – walencyjne (4 elektrony walencyjne). Elektron związany; Elektron swobodny Dziura (wiązanie niezapełnione). Koncentracje: n (elektronów), p (dziur).

7 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Półprzewodnik samoistny (bez domieszek). Generacja pary elektron – dziura, energia WG ; w 300K: 0,78 eV (Ge); 1,12 eV (Si); 1,42 eV (GaAs); ok. 3 eV (SiC). Półprzewodnik samoistny: n = p = ni

8 3.1. Materiały półprzewodnikowe
ni(300K)[cm-3]: 106(GaAs); 1010(Si); 1013(Ge). Generacja, Rekombinacja, Równowaga.

9 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Półprzewodnik domieszkowany W krzemie: domieszka pięciowartościowa – donor. Trójwartościowa – akceptor. Koncentracje: 1014 < ND , NA < 1019 cm-3. Donory: Fosfor, Arsen; Akceptory: Bor, Gal, Glin. Energia jonizacji atomu domieszki << WG.

10 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Domieszka donorowa => liczne swobodne elektrony. Domieszka akceptorowa => liczne dziury. Równowaga: Typ: n, p. Nośniki większościowe, mniejszościowe. Dane: NA, ND, ni, temperatura pokojowa.

11 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Jeśli: to: Jeśli

12 3.1. Materiały półprzewodnikowe
T niskie: T wysokie: ni porównywalne z NA, ND.

13 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Mechanizmy przepływu prądu w pół-przewodniku Unoszenie, dyfuzja (gradient potencjału, gradient koncentracji nośników). Unoszenie

14 3.1. Materiały półprzewodnikowe
300K, małe E, N: Si: 1350; 480; GaAs: 8600; 250

15 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Si, 300K: σi = 4.4·10-6 (Ωcm)-1

16 3.1. Materiały półprzewodnikowe
Dyfuzja: VT – potencjał termiczny; 300 K: VT = 25.8 mV