+ + Struktura cia³a sta³ego. Kryszta³y jonowe. Kryszta³y atomowe. struktura krystaliczna. struktura amorficzna

Transkrypt

1 Struktura cia³a sta³ego struktura krystaliczna struktura amorficzna odleg³oœci miêdzy atomami maj¹ tê sam¹ wartoœæ; dany atom ma wszêdzie takie samo otoczenie najbli szych s¹siadów odleg³oœci miêdzy atomami zmieniaj¹ siê przypadkowo w du ym zakresie; otoczenia najbli szych s¹siadów zmieniaj¹ siê Kryszta³y jonowe struktura chlorku sodu struktura chlorku cezu Cl Cl Na Cs Kryszta³y atomowe struktura diamentu struktura blendy cynkowej (wi¹zania czêœciowo jonowe) C Zn S

2 Kryszta³y metaliczne chmura elektronów przewodnictwa (gaz elektronowy) wype³niaj¹ca przestrzeñ miêdzy jonami Kryszta³y molekularne Kryszta³y polarne oddzia³ywania pomiêdzy sta³ymi dipolami elektrycznymi si³y van der Waalsa ka da cz¹steczka stanowi dipol Kryszta³y niepolarne atom (np. gazu szlachetnego) oddzia³ywania dynamiczne powstaj¹cych dipoli elektrycznych w wyniku ruchu elektronów walencyjnych gêstoœæ ³adunku ujemnego na zewnêtrznej pow³oce atomów ulega szybkim fluktuacjom R Kryszta³y o wi¹zaniach wodorowych ka dy atom tlenu otoczony jest czterema atomami wodoru wi¹zania wodorowe w krysztale lodu struktura kryszta³u lodu

3 Elektrony w cia³ach sta³ych rozk³ad atomów i chmur elektronowych w krysztale 0 rozk³ad potencja³u wewn¹trzkrystalicznego K L M L K M E 0 r Pasma energetyczne z rozszczepienia atomowych poziomów energetycznych czêœciowo zape³niona ostatnia pow³oka pasmo czêœciowo zajête ca³kowicie zape³niona przedostatnia pow³oka ca³kowicie zajête pasmo N izolowanych atomów Kryszta³ z N atomów Podzia³ cia³ sta³ych na metale, dielektryki i pó³przewodniki Energia } } pasmo przewodnictwa pasmo energii wzbronionej przerwa energetyczna E g pasmo walencyjne metal izolator pó³przewodnik

4 Pó³przewodniki Pó³przewodnik samoistny elektron przechodzi do pasma przewodnictwa z pasma walencyjnego pasmo przewodnictwa (puste w T 0K) E g elektrony przechodz¹ z obszaru wi¹zañ do obszaru miêdzy wi¹zaniami i poruszaj¹ siê po ca³ym krysztale pasmo walencyjne (ca³kowicie zape³nione w T 0K) Pó³przewodnik typu n przyk³ad As w energia wi¹zania elektronu na donorze E d As elektron przechodzi do pasma przewodnictwa dodatkowy elektron odrywa siê od atomu As i porusza swobodnie po ca³ym krysztale Pó³przewodnik typu p przyk³ad Ga w elektrony z s¹siednich wi¹zañ przechodz¹ na miejsce dziury w atomie Ga dziura zaczyna poruszaæ siê w obszarze ³adunku elektronów walencyjnych Ga energia wi¹zania dziury na akceptorze E a elektrony walencyjne

5 Zale noœæ koncentracji elektronów i dziur od temperatury Pó³przewodnik samoistny n Eg p exp ln n Eg n exp 2k T Pó³przewodnik domieszkowy przyk³ad pó³przewodnika typu n Ed n exp n N d Ed n exp 2k T 1/T Zale noœæ przewodnictwa elektronów i dziur od temperatury j E ( ) E ( en en ) E n p n p ln Eg exp e N d d Ed exp const 1/T

6 Dioda pó³przewodnikowa Z³¹cze pn stan nierównowagowy po po³¹czeniu pó³przewodnika typu n i p energia Fermiego w (izolowanym) pó³przewodniku typu p E Fp E g elektrony typ p 0 dziury typ n E c E Fn E v energia Fermiego w (izolowanym) pó³przewodniku typu n z³¹cze pn w stanie równowagi E c E v E F eu D energia Fermiego w uk³adzie po³¹czonych pó³przewodników p i n (z³¹czu pn) warstwa dipolowa zjonizowanych akceptorów i donorów w pobli u styku pó³przewodników p i n E N zale noœæ koncentracji zjonizowanych domieszek N od po³o enia wzd³u osi X N w N w d d a a w a N d 0 w d x N a

7 Równanie z³¹cza pn (diody pó³przewodnikowej) eu 0 exp 1 kt p Dn n e(u U) D 1 2 Dp 200 ma 100 ma na 20 na 0,5 1,0 U [V] Charakterystyki pr¹dowo napiêciowe: 1 idealnego z³¹cza pn, 2 rzeczywistej diody U z³¹cze spolaryzowane w kierunku przewodzenia Równanie rzeczywistej diody eu 0 exp 1 n k T lub U = U D R. U D R } U Dioda LED. Laser pó³przewodnikowy R m hc E g 1, 24 Eg [ ev ]