Materiały na tranzystory

Prezentacja na temat: "Materiały na tranzystory"— Zapis prezentacji:

1 Materiały na tranzystory
Materiały dla elektroniki i optoelektroniki Materiały na tranzystory Wykonał: Łukasz Dzikielewski ETI IV Ełk

2 Tranzystor Tranzystor - Jest to przyrząd oparty na półprzewodnikach. Jest elementem wzmacniającym sygnały elektryczne. Składa się on z trzech warstw i dwóch złącz. Całość jest umieszczona w obudowie hermetycznej z trzema wyprowadzeniami. Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje tranzystorów typu n-p-n i p-n-p. W tranzystorach n-p-n pierwszy z obszarów n połączony jest ze stykiem nazywanym emiterem (w bezpośrednim sąsiedztwie styku znajduje się duża koncentracja domieszek), obszar p z tzw. bazą, a drugi obszar n z tzw. kolektorem. Działanie tranzystora polega na tym, że prąd płynący z emitera do kolektora sterowany jest przez prąd bazy.

3 Tranzystor

4 Półprzewodniki Półprzewodniki - są to substancje zachowujące się w pewnych warunkach tak jak dielektryk, czyli przedmiot nie przewodzący prądu elektrycznego, ze względu na brak wolnych elektronów, a w pewnym zakresie półprzewodnik staje się przewodnikiem, czyli posiada małą oporność i wolne elektrony, które umożliwiają przepływ prądu elektrycznego. Istota przewodnictwa elektrycznego w półprzewodnikach polega na przemieszczaniu się elektronów swobodnych pod wpływem pola elektrycznego. Ważną cechą półprzewodników jest to, że ich zdolność przewodzenia zależy od wielu czynników, w tym głównie od zawartości domieszek i temperatury. Typowymi materiałami na półprzewodniki są: krzem, german, arsenek galu, lub antymonek galu które w czystej postaci nie przewodzą prądu.

5 Półprzewodniki Wszystkie półmetale są półprzewodnikami. W roku 2001 holenderscy naukowcy z Uniwersytetu w Delft zbudowali tranzystor składający się z jednej nanorurki węglowej, jego rozmiar wynosi zaledwie jeden nanometr (10 − 9 m), a do zmiany swojego stanu (włączony / wyłączony) potrzebuje on tylko jednego elektronu. Naukowcy przewidują, że ich wynalazek pozwoli na konstruowanie układów miliony razy szybszych od obecnie stosowanych, przy czym ich wielkość pozwoli na dalszą miniaturyzację elektronicznych urządzeń.

6 Nanorurki węglowe Od momentu odkryciu fulerenów, czyli molekuł składających się z 60 (lub więcej) atomów węgla, liczne laboratoria naukowe no świecie zaczęły zajmować się wieloatomowymi formami węglowych molekuł. W trakcie eksperymentów stwierdzono, że występują one również w postaci rurek o długości znacznie przekraczającej ich średnicę. Nazwano je nanorurkami. Węglowe nanorurki maja średnicę około 1,5 nanometra, a więc razy mniejsza od grubości ludzkiego włosa. Przypominają arkusz siatki drucianej z sześciokątnymi oczkami zwinięty w rurkę. W Ameryce działa firma badawczo - rozwojowa, która już oferuje do sprzedaży nadwyżki produkowanych w swoich laboratoriach fulerenów C-60, a także nonorurek węglowych.

7 Nanorurki węglowe W zależności od swojej struktury nanorurki mogą zachowywać się jak metal albo półprzewodnik. Ostatnie pomiary na uniwersytecie Maryland wykazały, że nanorurki są bardzo dobrymi półprzewodnikami. Tranzystory zbudowane z nich świetnie się spisują w temperaturze pokojowej. Według ekspertów węglowe nanorurki mają szansę wyprzeć krzem z układów scalonych w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Trzeba jednak opracować nową technologię produkcji tego materiału ponieważ obecnie jest to proces powolny i kosztowny.

8 Nanorurki węglowe W 2005 roku udało się uzyskać przezroczysty i elastyczny węglowy tranzystor wykonany z nanorurek. Tego typu technologia może być wykorzystana do produkcji przezroczystych, aktywnych wyświetlaczy, jak również inteligentnych szyb. Stosowane mogą być one między innymi w samolotach bojowych oraz w motoryzacji. Nanorurki są również niezwykle wytrzymałymi materiałami i maja dobre przewodnictwo cieplne. Te cechy spowodowały duże zainteresowanie nimi pod kątem możliwości wykorzystania w urządzeniach nanoelektronicznych i nanomechanicznych. Dzięki lepszemu i głębszemu zrozumieniu właściwości elektrycznych węglowych nanorurek i emitowania przez nie światło, można mieć nadzieję na przyśpieszenie tempa rozwoju nanooptoelektroniki.

9 Nanorurki węglowe

10 Krzem (Si) Odkrycie i występowanie w przyrodzie. Krzem wydzielił w 1822r. JONS BERZELIUS z krzemionki Si02, uważanej wówczas za pierwiastek, przeprowadzając ją kwasem fluorowodorowym w SiF4 i redukując go potasem. Zawartość krzemu w zewnętrznych strefach Ziemi wynosi 26,95% wag.; jest drugim po tlenie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem. Jeden atom krzemu przypada na 4 inne atomy. Krzem stanowi analog węgla, odgrywający podobnie jak węgiel w świecie ożywionym zasadniczą rolę w świecie nieożywionym, ponieważ krzemionka SiO2 w różnych odmianach polimorficznych (kwarc, trydymit, krystobalit) oraz minerały krzemiany i glinokrzemiany stanowią większość skał tworzących skorupę ziemską.

11 Właściwości fizyczne W zależności od sposobu otrzymywania krzem wydziela się w postaci szarych, twardych i kruchych kryształów albo jako brunatny proszek (zwany krzemem bezpostaciowym). Obie odmiany mają tę samą strukturę krystalograficzną (typ diamentu), a różnią się wielkością kryształów, d=2,65g/cm3, tt<1470oC, tw=2230oC.

12 Właściwości chemiczne
Krzem jest pierwiastkiem czterowartościowym, występuje na stopniu utlenienia +4 (najczęściej) i –4. Jest mało aktywny chemicznie. W temperaturze pokojowej reaguje z fluorem. Po ogrzaniu reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek krzemu (krzemionkę) SiO2 oraz z fluorowcami. SiO2 jest bezwodnikiem kwasu metakrzemowego H2SiO3*xH2O. Z wieloma metalami i niemetalami tworzy tzw. krzemki, np. Mg2Si, Ca2Si. Krzem nie ulega działaniu kwasów z wyjątkiem mieszaniny kwasu azotowego i fluorowodorowego -tworzy się kwas fluorokrzemowy: 3Si+18HF+4HNO3=3H2[SiF6]+4NO+8H2O, który po ogrzaniu rozkłada się (H2[SiF6]=SiF4+2HF). Krzem rozpuszcza się łatwo w alkaliach: Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2. Sztucznie wytworzono związki krzemu z wodorem, tzw. krzemowodory (albo silany), analogiczne do węglowodorów. Silany są nietrwałe i nie mają większego znaczenia. Natomiast tzw. silikony, tworzywa krzemoorganiczne zawierające tlen, znajdują zastosowanie praktyczne jako smary, lakiery itd.

13 German (Ge) Odkrycie i występowanie w przyrodzie. Istnienie germanu przewidywał MENDELEJEW w 1871 r., a odkrył go w 1886 r. CLEMENS WINKLER w minerale argirodycie. Zawwartość germanu w zewnętrznych strefach Ziemi wynosi 7*10-4 % wag. Jeden atom germanu przypada na ok. 500 tysięcy innych atomów. Najważniejsze minerały: argirodyyt 4Ag2S*GeS2, germanit Cu6FeGeS8 i stottyt FeGe(OH)6.

14 Właściwości fizyczne German jest półmetalem srebrzystobiałym, twardym i kruchym. o właściwościach półprzewodnika, d = 5,4g/cm3, tt = 958oC, tw = 2700oC.

15 Właściwości chemiczne
German jest pierwiastkiem dwu- i czterowartościowym. Wartościowości te odpowiadają stopniom utlenienia +2 (rzadziej) oraz +4. W zwykłej temperaturze german jest odporny na działanie powietrza, a w temperaturze czerwonego żaru tworzy dwutlenek GeO2. German przechodząc w GeO2 i w wodzie królewskiej (powstaje lotny chlorek GeCl4) Z wodorem german tworzy kilka wodorków, tzw. germanów.

16 Arsenek galu (GaAs) Nieorganiczny związek chemiczny połączenie galu i arsenu. Związek ten jest otrzymywany syntetycznie na potrzeby m.in. przemysłu elektronicznego ze względu na swoje właściwości półprzewodnikowe. Drugi obecnie po krzemie (Si) materiał najczęściej wykorzystywany w mikro- i optoelektronice oraz technice mikrofalowej. Arsenek galu wykazuje większą od krzemu odporność na działanie promieniowania elektromagnetycznego. Urządzenia elektroniczne oparte na GaAs mogą pracować z częstotliwościami przekraczającymi 250 GHz. Parametr półprzewodnictwa - przerwa energetyczna (w temp. 300 K) Bg = 1,424 eV.

17 Arsenek galu

18 Antymonek galu (GaSb) Nieorganiczny związek chemiczny połączenie galu i antymonu, półprzewodnik. Jego szerokość przerwy zabronionej wynosi 0,726 eV. Zastosowanie w produkcji m.in. detektorów podczerwieni podczerwonych diod elektroluminescencyjnych laserów tranzystorów

19 Literatura

20 Dziękuję za uwagę