Jak TO działa? Co to są półprzewodniki? TRENDY: Prawo Moore a. Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: *******

Transkrypt

1 Co to są półprzewodniki? Jak TO działa? Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: ******* Wydział Fizyki UW 2 TRENDY: Prawo Moore a TRENDY: Prawo Moore a Ilość komponentów (tranzystory, połączenia, izolacje itd.) w IC podwaja się co około 18 miesięcy. Rozmiar liniowy komponentów również zmniejsza się wykładniczo w czasie.? Te trendy nie mogą być kontynuowane w nieskończoność. Co zastąpi technologię Si? Z czego będzie wynikała ta zmiana technologii? Źródło: Intel 3 Źródło: Intel 4 1

2 TRENDY: Prawo Moore a Jak TO działa? HP nanotechnologia, memrystory komputery nanotechnologia grafen materiały organiczne Przeprojektowanie CMOS (np. wertykalne, FIN, MOSFET z podwójną bramką) Urządzenia alternatywne (np. na pojedynczych elektronach) Urządzenia hybrydowe (np. FET z nanorurek) Nowe architektury (np. samonaprawiające się, defect tolerance, automaty komórkowe) Zupełnie nowe architektury (np. komputery molekularne, komputery ) koniec prawa Moore a Źródło: Intel 5 6 Czy dwa półprzewodniki dadzą cały przewodnik? Przepływ prądu Kryształ Ciało amorficzne 7 8 2

3 Półprzewodniki Czy dwa półprzewodniki dadzą cały przewodnik? II III IV V VI Be B C N O Nośniki: dziury + elektrony - Domieszki: Akceptory (typ p) Donory (typ n) Co to jest izolator, półprzewodnik, przewodnik? Mg Al Si P S Mała odległość między atomami Zn Ga Ge As Se Cd In Sn Sb Te Grupa IV: diament, Si, Ge Grupy III-V: GaAs, AlAs, InSb, InAs... Grupy II-VI: ZnSe, CdTe, ZnO, SdS... Atomy zawiązane (elektrony są fermionami i obowiązuje zakaz Pauliego) 9 10 Trochę historii XX w: materia ma (również) charakter falowy Fale materii De Broglie 1924 (Nobel 1929), doświadczenia G.P. Thomsona L.H. Germera i C.J Davissona (Nobel 1937) = h / p p = h / Trochę historii XX w: materia ma (również) charakter falowy Fale materii De Broglie 1924 (Nobel 1929), doświadczenia G.P. Thomsona L.H. Germera i C.J Davissona (Nobel 1937) = h / p p = h / klasycznie klasycznie kwantowo slit3.html slit3.html

4 Trochę historii XX w: materia ma (również) charakter falowy Fale materii De Broglie 1924 (Nobel 1929), doświadczenia G.P. Thomsona L.H. Germera i C.J Davissona (Nobel 1937) = h / p Single electron events build up over a 20 minute exposure to form an interference pattern in this double slit experiment by Akira Tonomura and coworkers. (a) 8 electrons; (b) 270 electrons; (c) 2000 electrons; (d) 60,000. A video of this experiment will soon be available on the web ( m/doubleslit.html) Elektron jako fala 16 4

5 Przerwa energetyczna pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne metal półprzewodnik izolator Jak zobaczyć przerwę? metal półprzewodnik izolator Co odróżnia pp i iz

6 Czy możemy zobaczyć przerwę energetyczną? Przerwa energetyczna 21 pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne półprzewodnik typu p półprzewodnik typu n metal półprzewodnik izolator Co odróżnia pp i iz

7 Dioda czyli złącze p-n Dioda czyli złącze p-n typ p typ n Flat band typ p typ n Flat band Diody Quantum Well E c t D(E) E 1 E c E 0 MBE Osadzanie z atomową precyzją warstw o różnym składzie lub domieszkowaniu 2D E Hubert J. Krenner 28 7

8 Wzrost warstw MBE jest monitorowany przez Reflection High Energy Electron Diffraction (REED). Komputer steruje przesłonami (shutterami) na froncie podgrzewanych komórek efuzyjnych, co pozwala na precyzyjną kontrolę wzrostu do poziomu pojedynczej warstwy atomowej. Wzrost warstw z jamami kwantowymi (quantum wells), kropek kwantowych (quantum dots) struktury LD, LED. komora UHV wzrostu materiałów II-VI (Zn, Cd, Mg, S, Se, Te, Mn, Co, ZnCl 2, N-plazma) komora UHV przygotowania podłoży (odgazowanie powierzchni) komora załadunkowa komora UHV wzrostu materiałów III-V (Ga, Al, In, As, Sb, N-plazma, Si lub Te, Be lub Zn, Mn lub Cr lub Co) 29 Urządzenie MBE - do epitaksji z wiązek molekularnych (2 komory wzrostu) producent SVTA (USA). Zakup przez Wydział Fizyki w r. 2010, program CePT 30 MBE na Wydziale Fizyki UW

9 Reaktor Metal-Organic Chemical Vapour Epitaxy (MOCVD) w Zakładzie Fizyki Ciała Stałego MBE na Wydziale Fizyki UW 33 Aixtron CCS 3x2 Heterostruktury GaInSb, AlGaInAs and AlGaN. 34 Struktury niskowymiarowe Low dimensional Semiconductor Systems Struktury niskowymiarowe Low dimensional Semiconductor Systems Studnie Druty Kropki Studnie Druty Kropki t 2D 1D 0D Dyskretna struktura elektronowa t 2D 1D 0D Dyskretna struktura elektronowa Hubert J. Krenner Hubert J. Krenner

10 AlGaAs GaAs AlGaAs AlGaAs GaAs AlGaAs AlGaAs AlGaAs GaAs E g1 E g2 E g1 E g1 E g2 E g AlGaAs AlGaAs GaAs

11 elektrony elektrony h dziury dziury Lasery półprzewodnikowe Dioda laserowa zawiera ok. 400 różnych warstw 43 11