Półprzewodniki.
|
|
- Emilia Janowska
- 6 lat temu
- Przeglądów:
Transkrypt
1 Półprzewodniki Uniwersytet Warszawski 01
2 NRGIA LKTRONÓW Teoria pasmowa ciał stałych. pasmo puste pasmo puste pasmo puste pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne metal półprzewodnik izolator Jak zobaczyć przerwę?
3 Prawdopodobienstwo obsadzenia Funkcja rozkładu Rozkład Fermiego-Diraca Prawdopodobieństwo obsadzenia stanu kwantowego o energii 1 F potencjał chemiczny f 0 e k T B k F 1 1K 1 100K 300K nergia (ev) Prawdopodobieństwo obsadzenia
4 Prawdopodobienstwo obsadzenia Rozkład Fermiego-Diraca Funkcja rozkładu g G k 1K 1 100K 300K nergia (ev) Prawdopodobieństwo obsadzenia
5 Prawdopodobienstwo obsadzenia Rozkład Fermiego-Diraca Funkcja rozkładu Pasmo przewodnictwa g Pasma walencyjne cb lh k hh 1K 1 100K 300K nergia (ev) Prawdopodobieństwo obsadzenia
6 Gęstość stanów Warunki Borna-Karmana lektrony i dziury Jeśli nasz kryształ ma skończone rozmiary zbiór wektorów k jest skończony (choć olbrzymi!), np. możemy przyjąć periodyczne warunki brzegowe i wtedy: Skończone rozmiary kryształu L x, L y, L z Ψ postać funkcji Blocha Ψ(x + L x,y,z) = Ψ(x, y + L y,z) = Ψ(x, y, z + L z ) L z e ik x L x 1 e e ik ik y z L L y z 1 1 k i 4 n 0,,,..., L L L i i i i Ly L x Stany te wyznaczają w przestrzeni odwrotnej siatkę o gęstości (V/π) 3 Gęstość stanów na jednostkę trójwymiarowej przestrzeni k
7 Gęstość stanów k i 4 n 0,,,..., L L L k i 1 i 3 i i lektrony i dziury Jeśli nasz kryształ ma skończone rozmiary zbiór wektorów k jest skończony (choć olbrzymi!), np. możemy przyjąć periodyczne warunki brzegowe i wtedy: Ilość stanów w objętości 1 L L L x y z V 3 Gęstość stanów w przestrzeni k (w jednostkowej objętości) przypadek 3D kula Fermiego T=0 K k y k x L y L x
8 Gestosc stanów lektrony i dziury Gęstość stanów Często wygodniejsza jest znajomość gęstości stanów w przestrzeni energii (a więc ilość stanów w przedziale (, +d ). Dla pasma sferycznego i parabolicznego: 1 przypadek 3D k y k x nergia (ev) L y L x
9 lektrony i dziury Gęstość stanów Często wygodniejsza jest znajomość gęstości stanów w przestrzeni energii (a więc ilość stanów w przedziale (, +d ). Dla pasma sferycznego i parabolicznego: ( k) k m gęstość stanów liczymy jako: k k 1 Do domu: znajdź N() k przypadek D przypadek 1D przypadek 3D k y k x k x
10 Gestosc stanów lektrony i dziury Gęstość stanów Często wygodniejsza jest znajomość gęstości stanów w przestrzeni energii (a więc ilość stanów w przedziale (, +d ). Dla pasma sferycznego i parabolicznego: 1 k y 0.8 przypadek D 0.6 k x nergia (ev) k x
11 nergia (ev) 1K Prawdopodobienstwo obsadzenia 100K 300K Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. k y cb g k k x hh lh Prawdopodobieństwo obsadzenia przypadek 3D
12 1 Prawdopodobienstwo obsadzenia nergia (ev) 1K 100K 300K Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. c ( k) g k m * c k y h ( k) k m * h k x Prawdopodobieństwo obsadzenia przypadek 3D
13 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? k x k y przypadek 3D T k B F e f * * ) ( ) ( h h c g c m k k m k k W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego.
14 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? T k B F e f * * ) ( ) ( h h c g c m k k m k k W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. c c c m N 3/ * 1 ) ( m N v h v 3/ * 1 ) (
15 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? T k T k e B F B F e e f 1 1 g c c m N 3/ * 1 ) ( W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. n i p n T k T k h F F e e f f 0 0 ) ( ) ( m N h v 3/ * 1 ) ( k cb hh lh g G=(0,0)
16 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. n i p n z dt t e d e m d N f n z t g T k e e F g F g G 0 1 ) ( 3 * 0 1 ) ( ) ( G G G ) (1/ ) ( 1) ( n n n
17 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. n i p n T k c T k e g T k e e F B c F B c F g F g e N e T m k n d e m d N f n 3 0 * ) ( 3 * 1 ) ( ) ( 0 T k v T k h h h B v F B v F v e N e T m k p d g f p ) ( ) ( 3 0 *
18 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. n i p n T k v c T k h e T k v c T k h e g g g g e N N e m m T k p n e N N e m m T k n p n * * * * 3 0 ) ( ) ( 4 1/T ln(n) T k g e 0
19 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. n i p n T k v c T k h e T k v c T k h e g g g g e N N e m m T k p n e N N e m m T k n p n * * * * 3 0 ) ( ) ( 4 * * 0 ) ( ln e h v c F T k v c m m T k e N N g F T g pasmo pełne pasmo puste
20 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. R. Stępniewski T k v T k c B v F B c F e N p e N n ) ( ) ( T k v c g e N N p n 0 W powyższej tabelce wartości poniżej cm 3 nie mają sensu gdyż koncentracja zanieczyszczeń, a co za tym idzie koncentracja wynikająca z nieintencjonalnego domieszkowania jest większa
21 Koncentracja samoistna Jaka jest koncentracja nośników dla T>0? W półprzewodnikach samoistnych w warunkach równowagi termodynamicznej, elektrony w paśmie przewodnictwa pojawiają się wyłącznie wskutek wzbudzenia z pasma walencyjnego. Widać że wartość przerwy energetycznej nie jest wystarczającym kryterium na rozróżnienie półprzewodników i izolatorów, np. czysty Ge, Si i GaAs mają w temperaturze pokojowej bardzo niską koncentrację nośników co czyni je materiałami o właściwościach izolatorów. Lepsze kryterium dla półprzewodników istnieje możliwość domieszkowania powodującego znaczące zmiany koncentracji i typu przewodnictwa (elektrony lub dziury).
22 Domieszki i defekty Nośniki: dziury + elektrony - Domieszki: Akceptory (typ p) Donory (typ n) Półprzewodniki II III IV V VI Be B C N O Mg Al Si P S Jonowość Jonowość 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...
23 Domieszki i defekty W jaki sposób kontrolować koncentrację nośników? W półprzewodnikach spotykamy szereg odstępstw od idealnej struktury kryształu: defekty struktury kryształu, luki, atomy w położeniu międzywęzłowym, dyslokacje powstałe np. w procesie wzrostu. obce atomy (domieszki) wprowadzane intencjonalnie lub wskutek zanieczyszczeń (poziom czystości) Wskutek ich występowania pojawiają się między innymi: stany dozwolone w przerwie wzbronionej na skutek odstępstw od potencjału idealnej sieci ładunki przestrzenne w izolatorach ekranowanie przez swobodne nośniki Stany domieszkowe dzielimy na: głębokie potencjał krótkozasięgowy, zlokalizowany głównie w obszarze jednej komórki elementarnej np. luka, domieszka izoelektronowa (o tej samej wartościowości co macierzysty atom np. N w InP). płytkie - głownie potencjał długozasięgowy kulombowski
24 Domieszki i defekty 10 atomów Si domieszek Rozmiar tranzystora 50 nm Średnia ilość domieszek 1.5
25 PROBLM: Statystyka domieszek 10 atomów Si domieszek Rozmiar tranzystora 50 nm Średnia ilość domieszek 1.5
26 PROBLM: Statystyka domieszek 10 atomów Si domieszek Rozmiar tranzystora 50 nm Średnia ilość domieszek 1.5
27 Domieszki i defekty STM Scanning Tunnelling Microscope Nobel 1986 Gerd Binnig, Heinrich Rohrer Mikroskop optyczny z kamerą Regulacja położenia dźwigni w płaszczyźnie Uchwyt dźwigni Głowica Skaner Mocowanie skanera Wyświetlacz Przewody Baza Podstawka Rafał Bożek, FUW
28 GaN na szafirze (0001) - widoczna symetria heksagonalna Rafał Bożek, FUW
29 M M S GaN na szafirze (0001) - dyslokacje: śrubowa (S), krawędziowa () i mieszana (M) - przykłady Rafał Bożek, FUW
30 FM lectric Force Microscopy F( x) F( x ) 0 F x x x F x f k 0 f0 Siła elektryczna (gradient) zmiana częstości rezonansowej Pętla sprzężenia zwrotnego: utrzymanie rezonansu Przyciąganie Wzrost częstości Odpychanie Spadek częstości Rafał Bożek, FUW
31 Domieszki i defekty GaN polarność galowa - pinholes i domeny inwersyjne Potencjał (KPFM) ID Topografia (AFM) ID Rafał Bożek, FUW ID
32 Domieszki i defekty Model wodoropodobny Atom o wartościowości wyższej o jeden niż atom macierzysty staje się źródłem potencjału kulombowskigo zmodyfikowanego stałą dielektryczną kryształu, wywołanego dodatkowym protonem w jądrze. Dodatkowy elektron będący w paśmie przewodnictwa odczuwa ten potencjał. Jego stany są opisane równaniem masy efektywnej: T * m * m e U 1 e 4 r e ( r) ( r) r 0 II III IV V VI Be B C N O Mg Al Si P S 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...
33 Domieszki i defekty Model wodoropodobny Ostatecznie zagadnienie sprowadza się do problemu atomu wodoru z nośnikiem swobodnym o masie m*, w ośrodku dielektrycznym ze stałą ε i małą poprawką do potencjału. n m m * eV n Dla typowych półprzewodników m e * 0.1m e s 10, zatem energia wiązania dla stanu podstawowego jest rzędu kilkudziesięciu mev. Promień Bohra dla stanu podstawowego jest rzędu 100Å: r * B 4 0 m 0 m0 0,5 s * s * m0e me me II III IV V VI Be B C N O Mg Al Si P S 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...
34 Neutralny donor Magneto-spektroskopia w silnych polach magnetycznych m* O p 1s Andrzej Wysmołek
35 Spektroskopia w dalekiej podczerwieni D 0 p+ p c p0 p- B 1s 1s
36 Oxygen R y =30.8(5) mev 1s =.9meV B =33.18meV p =1.3(1) mev, g=0.4(1) p=.(1) Silicon R y =30.8(5) mev 1s =0 B =30.8meV p =1.3(1) mev g=0.3(1) p=.3(1) Andrzej Wysmołek
37 nergy (mev) 110 Magneto-spektroskopia w silnych polach magnetycznych j +6 7i Magnetic field (T) Andrzej Wysmołek
38 Przerwa energetyczna Wyznaczanie przerwy energetycznej: lektrony i dziury D. Wasik.
39 Domieszki i defekty Model wodoropodobny Ostatecznie zagadnienie sprowadza się do problemu atomu wodoru z nośnikiem swobodnym o masie m*, w ośrodku dielektrycznym ze stałą ε i małą poprawką do potencjału. n m m * eV n Dla typowych półprzewodników m e * 0.1m e s 10, zatem energia wiązania dla stanu podstawowego jest rzędu mev. Promień Bohra dla stanu podstawowego jest rzędu 100Å: r * B 4 0 m 0 m0 0,5 s * s * m0e me me II III IV V VI Be B C N O Mg Al Si P S 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...
40 NRGIA LKTRONÓW Domieszki i defekty Model wodoropodobny jonizacja domieszki pasmo puste pasmo puste pasmo puste pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne metal półprzewodnik izolator Jak zobaczyć przerwę?
41 NRGIA LKTRONÓW Domieszki i defekty Model wodoropodobny jonizacja domieszki typ n typ p pasmo puste pasmo puste poziom donorowy poziom akceptorowy pasmo pełne pasmo pełne x x
42 NRGIA LKTRONÓW Domieszki i defekty Domieszkowanie pasmo puste poziom donorowy poziom akceptorowy pasmo pełne D A g / 0 - g / F Koncentracja nośników w półprzewodniku niesamoistnym Rozważmy półprzewodnik, w którym: N A koncentracja akceptorów N D koncentracja donorów p A koncentracja neutralnych akceptorów n D koncentracja neutralnych donorów n c koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa p v koncentracja dziur w paśmie walencyjnym Z warunku neutralności kryształu: x
43 NRGIA LKTRONÓW Domieszki i defekty Domieszkowanie pasmo puste poziom donorowy poziom akceptorowy pasmo pełne D A g / 0 - g / F Koncentracja nośników w półprzewodniku niesamoistnym Rozważmy półprzewodnik, w którym: N A koncentracja akceptorów N D koncentracja donorów p A koncentracja neutralnych akceptorów n D koncentracja neutralnych donorów n c koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa p v koncentracja dziur w paśmie walencyjnym Z warunku neutralności kryształu: n c +(N A - p A )= p v + (N D - n D ) n c + n D = (N D - N A )+ p v + p A x
44 NRGIA LKTRONÓW Domieszki i defekty Domieszkowanie pasmo puste poziom donorowy poziom akceptorowy pasmo pełne D A g / 0 - g / F Koncentracja nośników w półprzewodniku niesamoistnym Rozważmy półprzewodnik, w którym: N A koncentracja akceptorów N D koncentracja donorów p A koncentracja neutralnych akceptorów n D koncentracja neutralnych donorów n c koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa p v koncentracja dziur w paśmie walencyjnym Z warunku neutralności kryształu: n c +(N A - p A )= p v + (N D - n D ) n c + n D = (N D - N A )+ p v + p A x
45 NRGIA LKTRONÓW Domieszki i defekty Domieszkowanie pasmo puste poziom donorowy D g / g k0t e 0 F poziom akceptorowy pasmo pełne A - g / D k T e 0 x
46 Teoria pasmowa ciał stałych. półprzewodnik typu p półprzewodnik typu n
47 Teoria pasmowa ciał stałych. Dioda czyli złącze p-n typ p typ n Flat band
48 Domieszki i defekty Półprzewodniki zdegenerowane Pasmo domieszkowe. Przejście Motta 1 N D * a B 3 pasmo puste pasmo puste Nevill Francis Mott pasmo pełne pasmo pełne metal półprzewodnik
49 NRGIA LKTRONÓW Teoria pasmowa ciał stałych. pasmo puste pasmo puste pasmo puste pasmo pełne pasmo pełne pasmo pełne metal półprzewodnik izolator Jak zobaczyć przerwę?
50 Przerwa energetyczna
51 Wymiary świata g B ~nm g Q < gb, nm wymiar 3D: Kryształ objętościowy D: Studnia kwantowa ~nm ~nm lektron w kropce kwantowej jest związany w trzech wymiarach (jak w atomie) ~nm 1D: Drut kwantowy 0D: Kropka kwantowa Turid Worren NTNU Norway
52 Prescot, Intel Top-down, czyli małe jest piękne! Nanotechnologia Litografia Udoskonalenia Galeria Fizyka na Hożej Uniwersytet Warszawski
53 Metoda Czochralskiego Prof.Jan Czochralski , Urodzony w 1885 roku jako ósmy syn ubogiego stolarza. Nie jest pewne czy zdał maturę. Nie stać go było na opłacenie studiów. Odkrywca metody wzrostu kryształów - "metody Czochralskiego". Uznawany za "praojca elektroniki" Polski uczony najczęściej wymieniany w literaturze światowej. W Polsce prawie nieznany...
54 Metoda Czochralskiego STANOWISKO SNACKIJ KOMISJI HISTORII I TRADYCJI SZKOŁY PW W SPRAWI UCHWAŁY SNATU Z DNIA 19 GRUDNIA 1945 R. DOTYCZĄCJ PROF. DR. H.C. JANA CZOCHRALSKIGO Jak wynika z zeznań świadków, w tym mgr. inż. Ludwika Szenderowskiego, b. kierownika warsztatu i odlewni w Zakładzie Badań Materiałów, a jednocześnie członka ruchu oporu, w r. 194 na terenie ZBM rozpoczęła swą potajemną działalność komórka organizacyjna AK w zakresie produkcji odlewów żeliwnych skorup do granatów, elementów drukarń polowych i części do pistoletów. Prof. Czochralski wiedział o tym i nie tylko tolerował, ale i ochraniał działalność konspiracyjną w swym zakładzie wobec władz niemieckich i gestapo. Na korzyść prof. Czochralskiego należy również zaliczyć jego działalność poza ZBM. Wykorzystując swe rozległe znajomości, interweniował wielokrotnie i dość skutecznie u władz okupacyjnych w celu uwolnienia różnych osób z obozów niemieckich, więzień i obozów koncentracyjnych. Wśród osób uwolnionych można znaleźć m.in. nazwisko dr. Mariana Świderka, późniejszego profesora PW, wnuka Ludwika Solskiego. Znamienna jest tu wypowiedź b. asystentki prof. Czochralskiego prof. dr Zofii Wendorff, że "nie zna ona przypadku, aby prof. Czochralski odmówił pomocy Polakom, którzy się do niego zwrócili".
55 Metoda Czochralskiego Uzasadnienie Sądu i decyzja o zwolnieniu z zarzutów, Łódź, dnia 13.sierpnia 1945r
56 Metoda Czochralskiego
57 Metoda Czochralskiego
58 Metoda Czochralskiego "Smithsonian", Jan 000, Vol 30, No. 10
59 Hubert J. Krenner Struktury niskowymiarowe Low-dimensional Semiconductor Systems Studnie kwantowe Druty kwantowe Kropki kwantowe t D 1D 0D Dyskretna struktura elektronowa
60 Hubert J. Krenner Struktury niskowymiarowe Low-dimensional Semiconductor Systems Studnie kwantowe Druty kwantowe Kropki kwantowe t D 1D 0D Dyskretna struktura elektronowa
61 MB Studnia kwantowa c t D() 1 c 0 MB Osadzanie z atomową precyzją warstw o różnym składzie lub domieszkowaniu D Hubert J. Krenner
62 Studnia Kwantowa AlGaAs GaAs AlGaAs g1 g g1
63 Studnia Kwantowa AlGaAs GaAs AlGaAs AlGaAs GaAs AlGaAs g1 g g1
64 Studnia Kwantowa AlGaAs GaAs AlGaAs
65 Studnia Kwantowa
66 Studnia Kwantowa elektrony dziury
67 Studnia Kwantowa elektrony hn dziury
68 Studnie Kwantowe Lasery półprzewodnikowe
69 In 0.53 Ga 0.47 As InP In 0. 5 Al As In 0.53 Ga 0.47 As Studnia Kwantowa Inżynieria przerwy energetycznej GaAs InGaAs 5 nm AlGaAs TM J.Jasiński A. Babiński
70 Vertical Cavity Surface mitting Laser Metalic Reflector VCSL tched Well VCSL Air Post VCSL Burried Regrowth VCSL
71 QCL - Quantum Cascade Laser
72 QCL - Quantum Cascade Laser The QUANTA OM module (LASR COMPONNTS)
73 QCL - Quantum Cascade Laser The QUANTA OM module (LASR COMPONNTS)
74 Band structure engineering (Al)GaAs GaAs Przestrzenne zmiany przerwy energetycznej Inżynieria przerwy energetycznej c (z) 100nm Możliwe ponieważ GaAs i AlAs mają tę samą strukturę krystaliczną i stałą sieci z x,y QC-Laser 1µm Hubert J. Krenner
75 Studnie Kwantowe Więcej:
76 Hubert J. Krenner Struktury niskowymiarowe Low-dimensional Semiconductor Systems Studnie kwantowe Druty kwantowe Kropki kwantowe t D 1D 0D Dyskretna struktura elektronowa
77 Druty
78 Druty Photo by Peidong Yang/UC Berkeley, courtesy of Science
79 Hubert J. Krenner Struktury niskowymiarowe Low-dimensional Semiconductor Systems Studnie kwantowe Druty kwantowe Kropki kwantowe t D 1D 0D Dyskretna struktura elektronowa
80 Quantum Dot 0 cgs 1 0 X e - Hubert J. Krenner Walter Schottky Institut and Physik Department 4, TU München
81 Hubert J. Krenner Wzrost kropek kwantowych PITAXIAL LAYR (e.g. InAs) nergy 1 1 SUBSTRAT (GaAs) Island formation Time TM 0.5µm x 0.5µm Defect-free semiconductor clusters on a D quantum well wetting layer
82 GaN/AlGaN QD s Wzrost K. Pakuła, AFM - Rafał Bożek
83 Doświadczenie T=300K Minimum step~50 nm Maximum step ~1 mm T=4.K Minimum step~5 nm Maximum step ~100 nm 0.-1 mm A.Babinski, et al. Physica 6 (005) 190 FUW Hoża mm
84 PL Intensity (arb. units) czas energia GaN/AlGaN QD s c575 3,380 3,385 3,390 3,395 nergy (ev) czas qdp µpl- Katarzyna Surowiecka et al.
85 Trendy prawo Moore a: scalaki Uniwersytet Warszawski
86 Trochę historii 1948 William Schockley, John Bardeen oraz Walter Brattain z Bell Labs wymyślają tranzystor (Nobel 1956) Źródło:
87 Jak działa tranzystor? Prof. Juliusz dgar Lilienfeld 195 tranzystor polowy Cu S (Lipsk)
88 Jak działa tranzystor? , (Lemberg) , (Charlotte Amalie, U.S.A.) Prof. Juliusz dgar Lilienfeld U.S. Patent 1,745,175 (MSFT) U.S. Patent 1,900,018 (MOSFT) Prof. Juliusz dgar Lilienfeld 195 tranzystor polowy Cu S (Lipsk)
89 Jak działa tranzystor? , (Lemberg) , (Charlotte Amalie, U.S.A.) Prof. Juliusz dgar Lilienfeld
90 Trochę historii 1955 Shockley Semiconductor pierwsza firma w Palo Alto (krzemowej dolinie) Rok 1956 IBM tworzy pierwszy dysk twardy - RAMAC 350. Jego pojemność to 5MB,natomiast cena - milion dolarów. W laboratoriach MIT ukończony zostaje pierwszy komputer tranzystorowy. A. Newell, D. Shaw i F. Simon wynajdują IPL (Information Processing Language - język przetwarzania informacji) Fairchild Semiconductor na skutek nieporozumień z Shockleyem odchodzą z firmy: Julius Blank, Victor Grinich, Gordon. Moore, Robert W. Noyce, Jean Hoerni, Gene Kleiner, Jay Last, Sheldon Roberts ( zdradziecka 8-ka ) Ken Olsen i Harlan Anderson zakładają firmę DC (Digital quipment Corporation). Oficjalnie opublikowany zostaje język FORTRAN-1, stworzony przez Johna Backusa i jego współpracowników z IBM. FORTRAN używa zapisu podobnego do tego z algebry. Dlatego też język ten stanie się popularny, szczególnie wśród naukowców i techników Pierwszy układ scalony (IC Integrated Circuit) wykonany przez Jack Kilby na germanie w Texas Instruments (000 Nagroda Nobla z fizyki). Niezależnie Robert Noyce (Fairchild) zbudował IC na krzemie. Źródło:
91 Ilość układów Prawo Moore a "The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year. Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will remain nearly constant for at least 10 years." (Moore, lectronics 1965) Rok Źródło: Wikipedia, Intel,
92 Trochę historii 18 lipca 1968 Gordon. Moore i Robert W. Noyce założyli w kalifornijskim Mountain View w hrabstwie Santa Clara (zaledwie kilka mil od Palo Alto), firmę N M lectronics, wkrótce przemianowaną na Intel (Intel = Integrated lectronics) r. Intel Corporation dostaje zamówienie na układ do japońskiego kalkulatora... i4004 Data wprowadzenia:15 listopada 1971 Ilość tranzystorów: Technologia:10 µm, PMOS Wielkość płytki krzemu:1 mm Szybkość pracy Taktowanie rdzenia proc.:108 khz (0.06 MIPS) Taktowanie magistrali sys.:jak rdzeń procesora Szerokość magistrali danych (wewn./zewn.):4 bity (adresów 1 bitów) i8008 Data wprowadzenia:kwiecień 197 Ilość tranzystorów:3 500 Technologia:10 µm, PMOS Wielkość płytki krzemu:19 mm Szybkość pracy Taktowanie rdzenia proc.:00 khz (0.06 MIPS), magistrali sys.:00 khz Szerokość magistrali danych (wewn./zewn.):8 bitów Szerokość magistrali adresowej:14 bitów Źródło: Wikipedia, Intel,
93 Trochę historii 1975 Altair (i jego klony) procesor Intel 8080 Bill Gates i Paul Allen piszą wersję BASICa na Altair A gdzie jest ekran i klawiatura? Źródło: Apple I (1976)
94 i8080 (1974) 86 (198) i8088 (1978) IBM PC Źródło: Intel 386 (1985) Pentium (1993) Pentium III (1999)
95 Pentium 4 (000) tranzystorów technologia 0.18 mikrona. Zegar 1.5 GHz 6 warstw Rozmiar procesorów Intel (w skali) Źródło: Intel,
96 TRNDY: Pierwsze Prawo Moore a Źródło: Intel
97 Nanotechnologia Core i7-9xx xtreme dition (009) tranzystorów,, 4, 8 rdzeni technologia 45 nm 3 nm Zegar max 3,33 GHz 9 warstw Moc ok. 65 W AMD Athlon II X B4 (009) tranzystorów;,3,4 rdzenie technologia 45 nm. Zegar max,8 3,1 GHz 11 warstw Moc 65 W -140 W
98 Nanotechnologia 1. nm SiO 50 nm generation transistor (Intel 003) Źródło: Intel
99 Nanotechnologia Rozmiary Wirus bola 600 nm Średnica ludzkiego włosa nm Średnica krwinki czerwonej Dł. fali światła widzialnego Najnowszy tranzystor Intela 90 nm Rhinowirus 30 nm Promień Bohra 0,05 nm Średnica DNA, nanorurek nm bola Źródło: 05-Processing_Technology
100 Nanotechnologia Rozmiary Wirus bola 600 nm Średnica ludzkiego włosa nm Średnica krwinki czerwonej Dł. fali światła widzialnego Najnowszy tranzystor Intela nm Rhinowirus 30 nm Promień Bohra 0,05 nm Średnica DNA, nanorurek nm bola Źródło: 05-Processing_Technology
101 Nanotechnologia Rozmiary Wirus bola 600 nm Średnica ludzkiego włosa nm Średnica krwinki czerwonej Dł. fali światła widzialnego Najnowszy tranzystor Intela nm Średnica DNA, nanorurek nm Rhinowirus 30 nm bola Promień Bohra 0.05 nm Źródło: 05-Processing_Technology
102 Nanotechnologia Rozmiary Wirus bola 600 nm Średnica ludzkiego włosa nm Średnica krwinki czerwonej Dł. fali światła widzialnego Najnowszy tranzystor Intela nm Średnica DNA, nanorurek nm Rhinowirus 30 nm bola Promień Bohra 0,05 nm Źródło: 05-Processing_Technology
103 TRNDY: Pierwsze 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? KONOMIA Źródło: Intel
104 PROBLM: Drugie Prawo Moore a (Arthur Rock s law) Koszt pojedynczego komponentu maleje wykładniczo o ok. 35% na rok. AL: Koszt fabryki produkującej chipy rośnie także wykładniczo! W 05 roku fabryka procesorów kosztowałaby 1 bilion USD (10 1 USD) Ten trend w oczywisty sposób również nie może być kontynuowany! Źródło: Intel
105 PROBLM (?): Zjawiska kwantowe Źródło: Intel, Sematech
106 NO XPONNTIAL IS FORVR... BUT W CAN DLAY FORVR Gordon Moore, 003
107 Granice miniaturyzacji? Myślimy, że tranzystor jest zbudowany tak. 5 nm MOSFT Produkcja od 008 4, nm MOSFT Produkcja??? Asen Asenov, Glasgow David Williams Hitachi-Cambridge I Trans lectron Dev 50(9), 1837 (003)
108 PROBLM: Tunelowanie
109 PROBLM: Tunelowanie
110 Power (Watts) PROBLM: Chłodzenie Z roku na rok układy wymagają większej mocy do wykonywania operacji logicznych. 100 Mainframe Chips (liquid cooled) P6 Pentium proc Year
111 PROBLM: Chłodzenie Gęstość mocy rośnie dramatycznie tranzystorów pracujących z częstością 1.5 GHz zużywa 130 W. Zakładając, że na tej samej powierzchni za jakiś czas będzie pracować 10 8 tranzystorów z częstością 10 GHz otrzymamy gęstość mocy na poziomie 10 kw/cm (porównywalną gęstość mocy ma silnik rakietowy!) Film
112 International Technology Roadmap for Semicond. SMATCH: międzynarodowe konsorcjum producentów półprzewodników określa cele, opłaca badania nad rozwiązaniem problemów dotyczących wszystkich, w jego skład wchodzą: AMD, Agere Systems, Hewlett-Packard, Hynix, Infineon Technologies, IBM, Intel, Motorola, Philips, STMicroelectronics, Texas Instruments Stara się zdefiniować wyzwania technologiczne, określić dalsze cele i przewidzieć ich specyfikację, koszt, wydajność, czas wdrożenia itp. Tranzystor lementy pamięci Źródło: Intel, Sematech
113 PROBLM: Podłoża Krzem 003, wafer 30 mm: Wymagane jest nie więcej niż 10 cząstek <100 nm na wafer Dokładność polerowania 130 nm Krzem 007, wafer 30 mm: Wymagane jest nie więcej niż 77 cząstek <100 nm na wafer (jak to zmierzyć?) Dokładność polerowania 65 nm Krzem 016, wafer 450 mm: Wymagane jest nie więcej niż 77 cząstek <100 nm na wafer (jak to zmierzyć?) Dokładność polerowania nm (jak to zmierzyć?)
114 PROBLM: Litografia
115 PROBLM: Litografia Litografia 003, Długość fali światła 48 nm Kanał FT 90 nm: Wymagane jest nie więcej niż 000/m <100 nm Fluktuacje granic rezystu 7 nm Litografia 007, Długość fali światła 193 nm (?) 153 nm (?) X-ray (?) Kanał FT 35 nm: Wymagane jest nie więcej niż 1500/m <100 nm Fluktuacje granic rezystu 3 nm Prawdopodobnie koniec epoki polimerowych rezystów (cząstki polimerów są zbyt duże!) Litografia 016, Długość fali światła X-ray (?) Kanał FT 9 nm: Wymagane jest nie więcej niż 500/m <100 nm Fluktuacje granic rezystu 1 nm week09
116 Trendy prawo Moore a: scalaki Uniwersytet Warszawski
117 Nanotechnologia
118 006 Seagate 60GB 1.8-inch Hard Drive Hitachi 1.0-inch 6GB Micro Drive Toshiba 60GB 1.8-inch Hard Drive
119 009
120 011 1TB
121 Technologie Wymiatające
122 Technologie Wymiatające In a package that's just over 1 cubic millimeter, the system fits an ultra low-power microprocessor, a pressure sensor, memory, a thinfilm battery, a solar cell and a wireless radio with an antenna that can transmit data to an external reader device that would be held near the eye. University of Michigan
123 Technologie Wymiatające In a package that's just over 1 cubic millimeter, the system fits an ultra low-power microprocessor, a pressure sensor, memory, a thinfilm battery, a solar cell and a wireless radio with an antenna that can transmit data to an external reader device that would be held near the eye. University of Michigan
124 CCD 1/ Willard S. Boyle and George. Smith Bell Laboratories, Murray Hill, NJ, USA "for the invention of an imaging semiconductor circuit the CCD sensor" Scena z filmu Mission impossible
125 CCD 1/ Willard S. Boyle and George. Smith Bell Laboratories, Murray Hill, NJ, USA "for the invention of an imaging semiconductor circuit the CCD sensor" Scena z filmu Mission impossible
126 OmniVision Readies for Wafer Level Camera Cube Production
127 Trendy prawo Moore a: THz Uniwersytet Warszawski
128 Badania na Hożej Gate Dr Jerzy Łusakowski, Dr Krzysztof Karpierz, Mgr Maciej Sakowicz, Prof. dr hab Marian Grynberg S D GaAs f 0 1 4L G L G = 100 nm U GS - U TH = 1 V m e = m 0 L G e( U GS m U f TH 4 0 ) THz
129
130
131
132
133 Badania na Hożej
134 transmittance [dbm] Agriculture and Food Industry Light ON OFF ON OFF ON OFF Water contents of plants time [hour] Monitoring of plants Wojciech Knap, CNRS 134
135 Chemical imaging Codeine Cocaine Sucrose Wojciech Knap, CNRS
136 Narita Japan Airport MDMA Aspirin Methamphetamine Drug inspection in mails Wojciech Knap, CNRS 136
137 Trendy prawo Moore a: RFID Uniwersytet Warszawski
138 RFID
139 RFID Hitachi s new RFID chips (pictured on right, next to a human hair) are 64 times smaller than their mu-chips (left) Scena z filmu Mission impossible
140 RFID
141 RFID
142 Niebieska elektronika Uniwersytet Warszawski
143 Biel, Biel i jeszcze raz biel! Philips
144 Urządzenia kwantowe Uniwersytet Warszawski
145 Quantum Computer I (QC) 1. Bity, P-bity, Q-bity. Bramki Qbitowe 3. Kwantowe procedury 4. Poważny problem 5. Jak zbudować taki komputer?
146 Za tygodnie Quantum Computer I (QC) 1. Bity, P-bity, Q-bity. Bramki Qbitowe 3. Kwantowe procedury 4. Poważny problem 5. Jak zbudować taki komputer? Wymyśliłem komputer kwantowy mogący oddziaływać z materią z innych wszechświatów by rozwiązać skomplikowane równania Zgodnie z teorią chaosu twoja niewielka zamiana w innym wszechświecie zmieni jego przeznaczenie, prawdopodobnie zabijając wszystkich mieszkańców Ryzyk-fizyk! Odpalaj!
147 Kwantowa teleportacja
148 Maszyna do teleportacji University of Insbruck
149 Uniwersytet Warszawski Fotonika
150 Biologiczne kryształy fotoniczne
151 Biologiczne kryształy fotoniczne
152 Magnetic photonic crystals Fe 3 O 4 10 nm
153 Magnetic photonic crystals
154 Podsumowanie Jaki nowy? Ten ich to ten grat! Internat? Inter net?!! INTRNT!!! Uniwersytet Warszawski
155 Fizyka Materii Skondensowanej S Uniwersytet Warszawski 011
156 Świat klasyczny i kwantowy Mechanika kwantowa: Warunki początkowe (nie mogą być znane z dowolną precyzją) Stan końcowy (znamy jedynie prawdopodobieństwa) wolucja (Hamiltonian, równanie Schrodingera)
157 Świat klasyczny i kwantowy Uwaga 1: funkcję falową określają m.in LICZBY KWANTOW: n ( r, t) Cząstki, obiekty funkcja stanu reprezentujemy przez Wielkości fizyczne (położenie, pęd, energia ) Operatory działające na funkcję stanu Co to jest OPRATOR?
158 S. Harris Rachunek zaburzeń Pole magnetyczne, sprzężenie spin orbita, J, L, S
159 Pole elektryczne fekt Starka dla atomu wodoru H ' p Moment diolowy p Pole elektryczne ez z Atom w polu ligandów: (symetria oktaedryczna)
160 Co to jest spin? Spin? Sebastian Münster, Cosmographia in 1544 Disney
161 S. Harris Dipolowe przejścia optyczne. Reguły wyboru, czas życia
162 PODSUMOWANI złota reguła Fermiego Prawdopodobieństwo przejścia na jednostkę czasu: W t = W 0 t τ Przejścia są możliwe tylko do stanów P mn = w mn τ m = n = π ħ m W n δ m n W t = w ± e ±iωt 0 t τ P nm = w nm τ = π ħ n w± m δ n m ± ħω Przejścia są możliwe tylko do stanów m = n ± ħω Zaburzenie w postaci fali elektromagnetycznej. A nm = ω nm 3 e 3πε 0 ħc 3 m r n = 4α 3 ω nm 3 c m r n P nm = A nm δ n m ± ħω
163 S. Harris Wyprowadzenie prawa Plancka. Lasery.
164 Czesław Radzewicz Lasery Laser potrzebuje co najmniej 3ch stanów Rzadko stosowany laser 3-poziomowy
165 Fala elektromagnetyczna Zaburzenie w postaci fali elektromagnetycznej. A nm = ω nm 3 e 3πε 0 ħc 3 m r n = 4α 3 ω nm 3 c m r n W przypadku degeneracji stanów wprowadza się siłę linii A nm = 4α 3 ω nm 3 c S mn g m S nm = n i r m j degeneracja poziomu wyjściowego W przypadku stanów atomu wodoru wygodnie jest przedstawić operator i n i r m j = ni z m j + 1 n i x + iy m j + 1 n i x iy m j j r w postaci kołowej: łatwo jest wtedy całkować harmoniki sferyczne, bo: Sprawdzić! z = r cos θ x ± iy = re ±iφ sin θ
166 Optyka - powtórzenie Propagacja fali elektromagnetycznej. Natężenie fali. Oddziaływanie fali e-m z ośrodkiem, Odbicie plazmowe, klasyczny współczynnik załamania, kształt linii widmowych, poszerzenia.
167 Optyka - powtórzenie Fala elektromagnetyczna w próżni Fala elektromagnetyczna w dielektryku Równania Maxwella: B rot t B rotb 0 m 0 t m0 0 t m0 0 t Równania falowe: Prędkość fali elektromagnetycznej: c 1 m 0 Współczynnik załamania: 0 c m s Równania Maxwella: B rot t B rotb 0m0m t m0 0m t m0 0m t Równania falowe: Ale w jaki sposób ośrodek oddziałuje z falą elektromagnetyczną? Czy (a więc n) jest stałe? n 1 k c Prędkość fali elektromagnetycznej: 1 m m Współczynnik załamania: 0 n c 0 m c n k n c
168 Klasyczny model współczynnika załamania Fala w ośrodku (różnym): d x dt d x dt d x dt dx dt dx dt 0 0 q 0 x m 0 x 0 q it e m e it Model Lorentza Widmo emisji Fala w plazmie Rozwiązanie dla stanu ustalonego typu: x x e it 0
169 Klasyczny model współczynnika załamania Zjawisko Mossbauera xplain it! The most important thing is, that you are able to explain it! You will have exams, there you have to explain it. ventually, you pass them, you get your diploma and you think, that's it! No, the whole life is an exam, you'll have to write applications, you'll have to discuss with peers... So learn to explain it! You can train this by explaining to another student, a colleague. If they are not available, explain it to your mother or to your cat! Rudolf Ludwig Mössbauer ur. 199 Za Wikipedią
170 Wiązania chemiczne i cząsteczki Orbitale atomowe n energia l moment pędu s spin Rydberg: 13,6 ev
171 Cząsteczki Hamiltonian wieloelektronowy i,j elektrony N, K - atomy K N j i j i K N K N i N N i N i N N N i r r e R R e Z Z R r e Z M m H 0 0, ˆ ), ( ), ( ), ( ˆ R r R r R r H ), ( ˆ ˆ ˆ R r V T T H N e
172 Przybliżenia Cząsteczki n n n [ Tˆ ( R)] ( R) ( R) N nergia kinetyczna drgań (oscylacji) i rotacji (obrotów) separują się, ponieważ zakładamy małe drgania i powolne obroty. [ Tˆ Tˆ ( R)] ( R) ( R) osc rot el Operatory działają na różne współrzędne: możemy rozdzielić zmienne. N el el osc el ( R ) ( R) (, ) osc osc osc rot rot N rot rot
173 Przejścia optyczne w cząsteczkach Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Podziękowania za pomoc w przygotowaniu zajęć: Prof. dr hab. Paweł Kowalczyk Prof. dr hab. Dariusz Wasik Uniwersytet Warszawski 011
174 Cząsteczki Hybrydyzacja sp i całki przykrycia Kąty między wiązaniami wodoru wynoszą 180. Hybrydyzacja sp Wodorek Berylu BeH h h s s 1 1 p p x x
175 Cząsteczki Hybrydyzacja i całki przykrycia Kąty między wiązaniami wodoru wynoszą 109,5. Hybrydyzacja sp 3 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( z y x z y x z y x z y x p p p s h p p p s h p p p s h p p p s h Metan CH 4 Amoniak NH 3 Woda H O
176 Materia skondensowana Podziękowania za pomoc w przygotowaniu zajęć: Prof. dr hab. Paweł Kowalczyk Prof. dr hab. Dariusz Wasik Uniwersytet Warszawski 011
177 Wiązanie jonowe Rodzaje wiązań lektroujemność (ozn. ) - zdolność atomu w cząsteczce do przyciągania (przyłączania) elektronu. W skrajnym przypadku, gdy elektroujemności obu pierwiastków bardzo się różnią (np. Li i F), dochodzi do pełnego przeskoku elektronów na bardziej elektroujemny atom, co prowadzi do powstania wiązania jonowego ( 1,7). NaCl Tablica.4. Wartości elektroujemności (wg Paulinga) dla kilku ważniejszych pierwiastków (dla H przyjęto,1) I II III IV V VI VII Li 1,0 Na 0,9 K 0,8 Rb 0,8 Be 1,5 Mg 1, Ca 1,0 B,0 Al 1,5 Ga 1,6 Jonowość C,5 Si 1,8 Ge 1,7 Sn 1,7 N 3,0 P,1 As,0 O 3,5 S,5 Se,4 Jonowość F 4,0 Cl 3,0 Br,8 J,4
178 Struktura krystaliczna Sieci Bravais Przykład: struktura najgęstszego upakowania
179 Czynnik atomowy Np. rozkład elektronów o symetrii kulistej f e ( )exp( ik ) d Krystalografia 1 3 e 1 e gęstość ładunku ( )exp( ik cos ) e d d(cos ) e exp( ik ) exp( ik ) e( ) ik d 4 e ( ) e sin( k ) k d Dla małych kątów rozproszeń k 0 f Z Atomowy czynnik rozpraszania f oznacza stosunek amplitudy promieniowania rozproszonego przez rzeczywisty rozkład elektronów w atomie do amplitudy promieniowania rozproszonego przez jeden elektron punktowy.
180 Studia Ii stopnia IN Studia II stopnia na makrokierunku Inżynieria nanostruktur odbywają się w ramach trzech ścieżek kształcenia: Fotonika (Photonics), Modelowanie Natostruktur i Nowych Materiałów (MONASTR) (Modeling of Nanostructures and Novel Materials), Nanotechnologie Charakteryzacja Nowych Materiałów (NiChNM) (Nanotechnologies and the Characterization of Novel Materials). Studenci mają do wyboru zajęcia profilowane na zdobycie specjalistycznego wykształcenia związanego z nanotechnologiami, zagadnieniami będącymi aktualnymi problemami naukowymi i realizacji programu studiów II stopnia we współpracy z grupami badawczymi.
181 Studia Ii stopnia IN Po pierwszym semestrze II etapu studiów, studenci mogą wybrać ścieżkę kształcenia. W tym celu muszą udać się do opiekuna danej ścieżki, który przedstawi możliwości wykonywania prac magisterskich oraz ich opiekunów. Opiekun będzie ustalał z każdym studentem indywidualny program studiów w zakresie wybieranych przedmiotów Stypenida 1000 zł/mies Wyjazdy na dowolne konferencje w uropie Zajęcia dokształcające i warsztaty naukowe Pomoc w znalezieniu zatrudnienia
182 S. Harris lektrony w kryształach funkcja Blocha, pasma. Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Semi-conductor Uniwersytet Warszawski 010
183 Podstawy modelu jednoelektronowego Twierdzenie Blocha ( n, k) ( n, k G) Wartości własne energii są periodyczną funkcją liczby kwantowej k. G hg 1 kg l g3 Model prawie swobodnych elektronów dla fali płaskiej w pustej przestrzeni energia od wektora falowego wyraża się wzorem: ( n 1, k ) k m g i a ( k G) i ( k G) m 8 a i 6 a i 4 a i a i a i a i a i 4 a i 6 a i 8 a i
184 lektrony i dziury. Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Uniwersytet Warszawski 010
185 Podstawy modelu jednoelektronowego Twierdzenie Blocha ) ( ) ( ) ( 0 r r r V m p r u e r k n ikr k n,, Jeśli potencjał jest periodyczny gdzie tzw. f. Blocha: ) ( ) ( R r V r V to rozwiązania równania Schrodingera Wektory sieci Bravais R r u r u k n k n,, mają postać: ) ( ) (,, r r k n G k n ) ( ) ( ) ( ˆ, r k e u ik i r p ikr k n ), ( ), ( G k n k n
186 Kwazicząstki - dziury lektrony i dziury Dla opisania sumarycznych właściwości tych N-1 elektronów wprowadzamy pojęcie nowej kwazicząstki -dziury. Dziura quasi cząstka z dodatnią masą efektywną, która opisuje własności zbioru elektronów w ciele stałym o masie ujemnej z jednym stanem pustym. Pole elektryczne j j v h ev ev v ebez pary ew pustym miejscu ew pustym miejscu
187 Półprzewodniki (ang. semiconductors). Uniwersytet Warszawski 010
188 Prawdopodobienstwo obsadzenia Funkcja rozkładu Rozkład Fermiego-Diraca Prawdopodobieństwo obsadzenia stanu kwantowego o energii 1 F potencjał chemiczny f 0 e k T B k F 1 1K 1 100K 300K nergia (ev) Prawdopodobieństwo obsadzenia
189 lektrony i dziury Gęstość stanów Często wygodniejsza jest znajomość gęstości stanów w przestrzeni energii (a więc ilość stanów w przedziale (, +d ). Dla pasma sferycznego i parabolicznego: ( k) k m gęstość stanów liczymy jako: k k 1 Do domu: znajdź N() k przypadek D przypadek 1D przypadek 3D k y k x k x
Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej. Mateusz Goryca
Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Mateusz Goryca mgoryca@fuw.edu.pl Uniwersytet Warszawski 2015 Nanotechnologia Uniwersytet Warszawski 2015 T k E E e B c F e T m k n 2 3 2 0 * 2 2 T k E E
Bardziej szczegółowoJak TO działa? Co to są półprzewodniki? TRENDY: Prawo Moore a. Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: *******
Co to są półprzewodniki? Jak TO działa? http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/ Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: ******* Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Wydział Fizyki UW 2 TRENDY: Prawo Moore a TRENDY:
Bardziej szczegółowoAbsorpcja związana z defektami kryształu
W rzeczywistych materiałach sieć krystaliczna nie jest idealna występują różnego rodzaju defekty. Podział najważniejszych defektów ze względu na właściwości optyczne: - inny atom w węźle sieci: C A atom
Bardziej szczegółowoRepeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj
Repeta z wykładu nr 3 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:
Bardziej szczegółowoNOWE TECHNOLOGIE. Wtorki17:30-19:00 Sala Duża Doświadczalna. Nowe technologie
NOWE TECHNOLOGIE Wtorki7:3-9: Sala Duża Doświadczalna IBM Nowe technologie Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/nt Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: ****** Nowe technologie
Bardziej szczegółowopółprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski
Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 półprzewodniki
Bardziej szczegółowoRozszczepienie poziomów atomowych
Rozszczepienie poziomów atomowych Poziomy energetyczne w pojedynczym atomie Gdy zbliżamy atomy chmury elektronowe nachodzą na siebie (inaczej: funkcje falowe elektronów zaczynają się przekrywać) Na skutek
Bardziej szczegółowona dnie (lub w szczycie) pasma pasmo jest paraboliczne, ale masa wyznaczona z krzywizny niekoniecznie = m 0
Koncepcja masy efektywnej swobodne elektrony k 1 1 E( k) E( k) =, = m m k krzywizna E(k) określa masę cząstek elektrony prawie swobodne - na dnie pasma masa jest dodatnia, ale niekoniecznie = masie swobodnego
Bardziej szczegółowoPółprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna
Półprzewodniki samoistne Struktura krystaliczna Si a5.43 A GaAs a5.63 A ajczęściej: struktura diamentu i blendy cynkowej (ZnS) 1 Wiązania chemiczne Wiązania kowalencyjne i kowalencyjno-jonowe 0K wszystkie
Bardziej szczegółowoSTRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH
PODSTAWY TEORII PASMOWEJ Struktura pasm energetycznych Teoria wa Struktura wa stałych Półprzewodniki i ich rodzaje Półprzewodniki domieszkowane Rozkład Fermiego - Diraca Złącze p-n (dioda) Politechnika
Bardziej szczegółowoElektryczne własności ciał stałych
Elektryczne własności ciał stałych Do sklasyfikowania różnych materiałów ze względu na ich własności elektryczne trzeba zdefiniować kilka wielkości Oporność właściwa (albo przewodność) ładunek [C] = 1/
Bardziej szczegółowoPrzewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki
Przewodność elektryczna ciał stałych Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki Elektryczne własności ciał stałych Do sklasyfikowania różnych materiałów ze względu na ich własności
Bardziej szczegółowoCiała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz
Ciała stałe Podstawowe własności ciał stałych Struktura ciał stałych Przewodnictwo elektryczne teoria Drudego Poziomy energetyczne w krysztale: struktura pasmowa Metale: poziom Fermiego, potencjał kontaktowy
Bardziej szczegółowoStany skupienia materii
Stany skupienia materii Ciała stałe - ustalony kształt i objętość - uporządkowanie dalekiego zasięgu - oddziaływania harmoniczne Ciecze -słabo ściśliwe - uporządkowanie bliskiego zasięgu -tworzą powierzchnię
Bardziej szczegółowoEdukacja przez badania. Internet dla Szkół 20 lat! Wolność, prywatność, bezpieczeństwo
Wolność, prywatność i bezpieczeństwo o polskiej szlachcie, Internecie, komputerach kwantowych i teleportacji Edukacja przez badania Hoża 69: 1921 2014 r. Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Wydział Fizyki UW Wydział
Bardziej szczegółowoTeoria pasmowa ciał stałych
Teoria pasmowa ciał stałych Poziomy elektronowe atomów w cząsteczkach ulegają rozszczepieniu. W kryształach zjawisko to prowadzi do wytworzenia się pasm. Klasyfikacja ciał stałych na podstawie struktury
Bardziej szczegółowoStruktura pasmowa ciał stałych
Struktura pasmowa ciał stałych dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ ireneusz.owczarek@p.lodz.pl http://cmf.p.lodz.pl/iowczarek 2012/13 Spis treści 1. Pasmowa teoria ciała stałego 2 1.1. Wstęp do teorii..............................................
Bardziej szczegółowoWolność, prywatność i bezpieczeństwo o polskiej szlachcie, Internecie, komputerach kwantowych i teleportacji
Wolność, prywatność i bezpieczeństwo o polskiej szlachcie, Internecie, komputerach kwantowych i teleportacji Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Wydział Fizyki UW Edukacja przez badania Hoża 69: 1921-2014 r. 2014-09-25
Bardziej szczegółowoPrzewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato
Przewodnictwo elektryczne ciał stałych Fizyka II, lato 2016 1 Własności elektryczne ciał stałych Komputery, kalkulatory, telefony komórkowe są elektronicznymi urządzeniami półprzewodnikowymi wykorzystującymi
Bardziej szczegółowoWstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej. Mateusz Goryca
Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Mateusz Goryca mgoryca@fuw.edu.pl Uniwersytet Warszawski 2015 Materia skondensowana OC 6 H 13 H 13 C 6 O OC 6 H 13 H 17 C 8 O H 17 C 8 O N N Cu O O H 21
Bardziej szczegółowoS. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki
Półprzewodniki Definicja i własności Półprzewodnik materiał, którego przewodnictwo rośnie z temperaturą (opór maleje) i w temperaturze pokojowej wykazuje wartości pośrednie między przewodnictwem metali,
Bardziej szczegółowoRepeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj
Repeta z wykładu nr 4 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:
Bardziej szczegółowoPrzewodnictwo elektryczne ciał stałych
Przewodnictwo elektryczne ciał stałych Fizyka II, lato 2011 1 Własności elektryczne ciał stałych Komputery, kalkulatory, telefony komórkowe są elektronicznymi urządzeniami półprzewodnikowymi wykorzystującymi
Bardziej szczegółowoMETALE. Cu 8.50 1.35 1.56 7.0 8.2 Ag 5.76 1.19 1.38 5.5 6.4 Au 5.90 1.2 1.39 5.5 6.4
MAL Zestawienie właściwości gazu elektronowego dla niektórych metali: n cm -3 k cm -1 v cm/s ε e ε /k Li 4.6 10 1.1 10 8 1.3 10 8 4.7 5.5 10 4 a.5 0.9 1.1 3.1 3.7 K 1.34 0.73 0.85.1.4 Rb 1.08 0.68 0.79
Bardziej szczegółowoTeoria pasmowa. Anna Pietnoczka
Teoria pasmowa Anna Pietnoczka Opis struktury pasmowej we współrzędnych r, E Zmiana stanu elektronów przy zbliżeniu się atomów: (a) schemat energetyczny dla atomów sodu znajdujących się w odległościach
Bardziej szczegółowoWykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe
Wykład IV Półprzewodniki samoistne i domieszkowe Półprzewodniki (Si, Ge, GaAs) Konfiguracja elektronowa Si : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [Ne] 3s 2 3p 2 4 elektrony walencyjne Półprzewodnik samoistny Talent
Bardziej szczegółowoZjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne
Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego. Zadania elektroniki: Urządzenia elektroniczne
Bardziej szczegółowoModel wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2
Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2 + Współrzędne elektronu i protonów Orbitale wiążący i antywiążący otrzymane jako kombinacje orbitali atomowych Orbital wiążący duża gęstość ładunku między jądrami
Bardziej szczegółowoFunkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach
Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach 1 f FD ( E) = E E F exp + 1 kbt Styczna do krzywej w punkcie f FD (E F )=0,5 przecina oś energii i prostą f FD (E)=1 w punktach odległych o k B
Bardziej szczegółowoElektronowa struktura atomu
Elektronowa struktura atomu Model atomu Bohra oparty na teorii klasycznych oddziaływań elektrostatycznych Elektrony mogą przebywać tylko w określonych stanach, zwanych stacjonarnymi, o określonej energii
Bardziej szczegółowoWłaściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).
Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków). 1925r. postulat Pauliego: Na jednej orbicie może znajdować się nie więcej
Bardziej szczegółowoPrzyrządy i układy półprzewodnikowe
Przyrządy i układy półprzewodnikowe Prof. dr hab. Ewa Popko ewa.popko@pwr.edu.pl www.if.pwr.wroc.pl/~popko p.231a A-1 Zawartość wykładu Wy1, Wy2 Wy3 Wy4 Wy5 Wy6 Wy7 Wy8 Wy9 Wy10 Wy11 Wy12 Wy13 Wy14 Wy15
Bardziej szczegółowoNanostruktury i nanotechnologie
Nanostruktury i nanotechnologie Heterozłącza Efekty kwantowe Nanotechnologie Z. Postawa, "Fizyka powierzchni i nanostruktury" 1 Termin oddania referatów do 19 I 004 Zaliczenie: 1 I 004 Z. Postawa, "Fizyka
Bardziej szczegółowoFizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd 25.04.2006r.
Fizyka i technologia złącza P Adam Drózd 25.04.2006r. O czym będę mówił: Półprzewodnik definicja, model wiązań walencyjnych i model pasmowy, samoistny i niesamoistny, domieszki donorowe i akceptorowe,
Bardziej szczegółowoFizyka 2. Janusz Andrzejewski
Fizyka 2 wykład 13 Janusz Andrzejewski Scaledlugości Janusz Andrzejewski 2 Scaledługości Simple molecules
Bardziej szczegółowoTeorie wiązania chemicznego i podstawowe zasady mechaniki kwantowej Zjawiska, które zapowiadały nadejście nowej ery w fizyce i przybliżały
WYKŁAD 1 Teorie wiązania chemicznego i podstawowe zasady mechaniki kwantowej Zjawiska, które zapowiadały nadejście nowej ery w fizyce i przybliżały sformułowanie praw fizyki kwantowej: promieniowanie katodowe
Bardziej szczegółowoStudnia skończona. Heterostruktury półprzewodnikowe studnie kwantowe (cd) Heterostruktury mogą mieć różne masy efektywne w różnych obszarach:
Heterostruktury półprzewodnikowe studnie kwantowe (cd) Studnia skończona Heterostruktury mogą mieć różne masy efektywne w różnych obszarach: V z Okazuje się, że zamiana nie jest dobrym rozwiązaniem problemu
Bardziej szczegółowoPrzejścia promieniste
Przejście promieniste proces rekombinacji elektronu i dziury (przejście ze stanu o większej energii do stanu o energii mniejszej), w wyniku którego następuje emisja promieniowania. E Długość wyemitowanej
Bardziej szczegółowoStara i nowa teoria kwantowa
Stara i nowa teoria kwantowa Braki teorii Bohra: - podane jedynie położenia linii, brak natężeń -nie tłumaczy ilości elektronów na poszczególnych orbitach - model działa gorzej dla atomów z więcej niż
Bardziej szczegółowoChemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
Chemia nieorganiczna 1. Układ okresowy metale i niemetale 2. Oddziaływania inter- i intramolekularne 3. Ciała stałe rodzaje sieci krystalicznych 4. Przewodnictwo ciał stałych Pierwiastki 1 1 H 3 Li 11
Bardziej szczegółowoPasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka
Pasmowa teoria przewodnictwa elektrycznego Anna Pietnoczka Wpływ rodzaju wiązań na przewodność próbki: Wiązanie jonowe - izolatory Wiązanie metaliczne - przewodniki Wiązanie kowalencyjne - półprzewodniki
Bardziej szczegółowoSPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force
SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force Microscopy Mikroskopia siły atomowej MFM Magnetic Force Microscopy
Bardziej szczegółowoOPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki
OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki c Adam Bechler 2006 Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego Rezonansowe oddziaływanie układu atomowego z promieniowaniem "! "!! # $%&'()*+,-./-(01+'2'34'*5%.25%&+)*-(6
Bardziej szczegółowoGAZ ELEKTRONÓW SWOBODNYCH POWYŻEJ ZERA BEZWZGLĘDNEGO.
GAZ ELEKTRONÓW SWOBODNYCH POWYŻEJ ZERA BEZWZGLĘDNEGO. Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca T=0K T>0K 1 f ( E ) = 0 dla dla E E F E > EF f ( E, T ) 1 = E E F kt e + 1 1 T>0K Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca
Bardziej szczegółowoWykład III. Teoria pasmowa ciał stałych
Wykład III Teoria pasmowa ciał stałych Energia elektronu (ev) Powstawanie pasm w krysztale sodu pasmo walencyjne (zapełnione częściowo) Konfiguracja w izolowanym atomie Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Ne Położenie
Bardziej szczegółowoPasmo walencyjne Pasmo odszczepione spin orbitalnie Δ Fizyka Materii Skondensowanej Metale i półprzewodniki. Dynamika elektronów w krysztale
Fizyka Materii Skondensowanej Metale i półprzewodniki Pasmo walencyjne Pasmo odszczepione spin orbitalnie Δ 3 Δ Δ Dwa pasma (dziury ciężkie i lekkie) Γ Wydział Fizyki UW Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Wszystkie
Bardziej szczegółowoWstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej
Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Część I: Optyka, wykład 6 wykład: Piotr Fita pokazy: Andrzej Wysmołek ćwiczenia: Anna Grochola, Barbara Piętka Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski 2014/15
Bardziej szczegółowoFizyka 3.3. prof.dr hab. Ewa Popko p.231a
Fizyka 3.3 prof.dr hab. Ewa Popko www.if.pwr.wroc.pl/~popko ewa.popko@pwr.edu.pl p.231a Fizyka 3.3 Literatura 1.J.Hennel Podstawy elektroniki półprzewodnikowej WNT Warszawa 1995. 2.W.Marciniak Przyrządy
Bardziej szczegółowoIII.4 Gaz Fermiego. Struktura pasmowa ciał stałych
III.4 Gaz Fermiego. Struktura pasmowa ciał stałych Jan Królikowski Fizyka IVBC 1 Gaz Fermiego Gaz Fermiego to gaz swobodnych, nie oddziałujących, identycznych fermionów w objętości V=a 3. Poszukujemy N(E)dE
Bardziej szczegółowoMechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?
Mechanika kwantowa Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki? Mechanika kwantowa Elektron fala stojąca wokół jądra Mechanika kwantowa Równanie Schrödingera Ĥ E ψ H ˆψ = Eψ operator różniczkowy
Bardziej szczegółowoKlasyczny metal. Fizyka Materii Skondensowanej Domieszki i defekty. Wydział Fizyki UW
Fizyka Materii Skondensowanej Wydział Fizyki UW Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl W T 0 równowaga układu termodynamicznego (w warunkach V = const i N = const) odpowiada minimum energii swobodnej Helmholtza F =
Bardziej szczegółowoWykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych
Wykład VI Teoria pasmowa ciał stałych Energia elektronu (ev) Powstawanie pasm w krysztale sodu pasmo walencyjne (zapełnione częściowo) Konfiguracja w izolowanym atomie Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Ne Położenie
Bardziej szczegółowoPodstawy krystalografii
Podstawy krystalografii Kryształy Pojęcie kryształu znane było już w starożytności. Nazywano tak ciała o regularnych kształtach i gładkich ścianach. Już wtedy podejrzewano, że te cechy związane są ze szczególną
Bardziej szczegółowoChemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.
Chemia nieorganiczna 1. Układ okresowy metale i niemetale 2. Oddziaływania inter- i intramolekularne 3. Ciała stałe rodzaje sieci krystalicznych 4. Przewodnictwo ciał stałych Copyright 2000 by Harcourt,
Bardziej szczegółowoFizyka Materii Skondensowanej.
Fizyka Materii Skondensowanej Jacek.Szczytko@fuw.edu.pl Konrad.Dziatkowski@fuw.edu.pl http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/fms Uniwersytet Warszawski 0 GryPlan 4.0 Mechanika kwantowa. Stany. Studnia kwantowa,
Bardziej szczegółowoAtom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera
Fizyka atomowa Atom wodoru w mechanice kwantowej Moment pędu Funkcje falowe atomu wodoru Spin Liczby kwantowe Poprawki do równania Schrödingera: struktura subtelna i nadsubtelna; przesunięcie Lamba Zakaz
Bardziej szczegółowoMechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg
Mechanika kwantowa Erwin Schrödinger (1887-1961) Werner Heisenberg 1901-1976 Falowe równanie ruchu (uproszczenie: przypadek jednowymiarowy) Dla fotonów Dla cząstek Równanie Schrödingera y x = 1 c y t y(
Bardziej szczegółowoPrzerwa energetyczna w germanie
Ćwiczenie 1 Przerwa energetyczna w germanie Cel ćwiczenia Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporu monokryształu germanu od temperatury. Wprowadzenie Eksperymentalne badania
Bardziej szczegółowoWIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE
WIĄZANIA Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE Przyciąganie Wynika z elektrostatycznego oddziaływania między elektronami a dodatnimi jądrami atomowymi. Może to być
Bardziej szczegółowoFizyka 3.3. prof.dr hab. Ewa Popko p.231a
Fizyka 3.3 prof.dr hab. Ewa Popko www.if.pwr.wroc.pl/~popko ewa.popko@pwr.edu.pl p.231a Fizyka 3.3 Literatura 1.J.Hennel Podstawy elektroniki półprzewodnikowej WNT Warszawa 1995. 2. B. Ziętek, Optoelektronika,
Bardziej szczegółowoSpis treści. Przedmowa redaktora do wydania czwartego 11
Mechanika kwantowa : teoria nierelatywistyczna / Lew D. Landau, Jewgienij M. Lifszyc ; z jęz. ros. tł. Ludwik Dobrzyński, Andrzej Pindor. - Wyd. 3. Warszawa, 2012 Spis treści Przedmowa redaktora do wydania
Bardziej szczegółowoSkończona studnia potencjału
Skończona studnia potencjału U = 450 ev, L = 100 pm Fala wnika w ściany skończonej studni długość fali jest większa (a energia mniejsza) Teoria pasmowa ciał stałych Poziomy elektronowe atomów w cząsteczkach
Bardziej szczegółowoModel elektronów swobodnych w metalu
Model elektronów swobodnych w metalu Stany elektronu w nieskończonej trójwymiarowej studni potencjału - dozwolone wartości wektora falowego k Fale stojące - warunki brzegowe znikanie funkcji falowej na
Bardziej szczegółowoFALOWA I KWANTOWA HASŁO :. 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N
OPTYKA FALOWA I KWANTOWA 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N 8 D Y F R A K C Y J N A 9 K W A N T O W A 10 M I R A Ż 11 P
Bardziej szczegółowoW1. Właściwości elektryczne ciał stałych
W1. Właściwości elektryczne ciał stałych Względna zmiana oporu właściwego przy wzroście temperatury o 1 0 C Materiał Opór właściwy [m] miedź 1.68*10-8 0.0061 żelazo 9.61*10-8 0.0065 węgiel (grafit) 3-60*10-3
Bardziej szczegółowoWykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki
Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki Wiązanie kowalencyjne molekuła H 2 Tworzenie wiązania kowalencyjnego w molekule H 2 : elektron w jednym atomie przyciągany jest przez jądro drugiego. Wiązanie
Bardziej szczegółowoAleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA
Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA B V B C ZEWNĘTRZNE POLE ELEKTRYCZNE B C B V B D = 0 METAL IZOLATOR PRZENOSZENIE ŁADUNKÓW ELEKTRYCZNYCH B C B D B V B D PÓŁPRZEWODNIK PODSTAWOWE MECHANIZMY
Bardziej szczegółowoTEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH
TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH Skolektywizowane elektrony w metalu Weźmy pod uwagę pewną ilość atomów jakiegoś metalu, np. sodu. Pojedynczy atom sodu zawiera 11 elektronów o konfiguracji 1s 2 2s 2 2p 6 3s
Bardziej szczegółowoWykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å
Wykład 12 Fale materii: elektrony, neutrony, lekkie atomy Neutrony generowane w reaktorze są spowalniane w wyniku zderzeń z moderatorem (grafitem) do V = 4 km/s, co odpowiada energii E=0.08 ev a energia
Bardziej szczegółowoModele kp wprowadzenie
Modele kp wprowadzenie Komórka elementarna i komórka sieci odwrotnej Funkcje falowe elektronu w krysztale Struktura pasmowa Przybliżenie masy efektywnej Naprężenia: potencjał deformacyjny, prawo Hooka
Bardziej szczegółowoRepeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n
Repeta z wykładu nr 5 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:
Bardziej szczegółowoKrawędź absorpcji podstawowej
Obecność przerwy energetycznej między pasmami przewodnictwa i walencyjnym powoduje obserwację w eksperymencie absorpcyjnym krawędzi podstawowej. Dla padającego promieniowania oznacza to przejście z ośrodka
Bardziej szczegółowoInformacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.
Informacje ogólne Wykład 28 h Ćwiczenia 14 Charakter seminaryjny zespołu dwuosobowe ~20 min. prezentacje Lista tematów na stronie Materiały do wykładu na stronie: http://urbaniak.fizyka.pw.edu.pl Zaliczenie:
Bardziej szczegółowoZłącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy
Złącze p-n: dioda Półprzewodniki Przewodnictwo półprzewodników Dioda Dioda: element nieliniowy Przewodnictwo kryształów Atomy dyskretne poziomy energetyczne (stany energetyczne); określone energie elektronów
Bardziej szczegółowoWprowadzenie do ekscytonów
Proces absorpcji można traktować jako tworzenie się, pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego, pary elektron-dziura, które mogą być opisane w przybliżeniu jednoelektronowym. Dokładniejszym podejściem
Bardziej szczegółowoFizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna
Wykład II Struktura krystaliczna Fizyka Ciała Stałego Ciała stałe można podzielić na: Amorficzne, brak uporządkowania, np. szkła; Krystaliczne, o uporządkowanym ułożeniu atomów lub molekuł tworzącym sieć
Bardziej szczegółowoRównanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.
Równanie falowe Schrödingera h Ψ( x, t) + V( x, t) Ψ( x, t) W jednym wymiarze ( ) ( ) gdy V x, t = V x x Ψ = ih t Gdy V(x,t)=V =const cząstka swobodna, na którą nie działa siła Fala biegnąca Ψ s ( x, t)
Bardziej szczegółowoWstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej
Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Część I: Optyka, wykład 4 wykład: Piotr Fita pokazy: Andrzej Wysmołek ćwiczenia: Anna Grochola, Barbara Piętka Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski 2013/14
Bardziej szczegółowo2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.
2. Półprzewodniki 1 Półprzewodniki to materiały, których rezystywność jest większa niż rezystywność przewodników (metali) oraz mniejsza niż rezystywność izolatorów (dielektryków). Przykłady: miedź - doskonały
Bardziej szczegółowoZasady obsadzania poziomów
Zasady obsadzania poziomów Model atomu Bohra Model kwantowy atomu Fala stojąca Liczby kwantowe -główna liczba kwantowa (n = 1,2,3...) kwantuje energię elektronu (numer orbity) -poboczna liczba kwantowa
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane
Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane Półprzewodnik typu n IV-Ge V-As Jeżeli pięciowartościowy atom V-As zastąpi w sieci atom IV-Ge to cztery elektrony biorą udział w wiązaniu kowalentnym,
Bardziej szczegółowoWłaściwości kryształów
Właściwości kryształów Związek pomiędzy właściwościami, strukturą, defektami struktury i wiązaniami chemicznymi Skład i struktura Skład materiału wpływa na wszystko, ale głównie na: właściwości fizyczne
Bardziej szczegółowoTeoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników
Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników Model atomu Bohra Niels Bohr - 1915 elektrony krążą wokół jądra jądro jest zbudowane z: i) dodatnich protonów ii) neutralnych neutronów Liczba atomowa
Bardziej szczegółowoRepeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik
Repeta z wykładu nr 6 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 - kontakt omowy
Bardziej szczegółowoElektryczne własności ciał stałych
Elektryczne własności ciał stałych Izolatory (w temperaturze pokojowej) w praktyce - nie przewodzą prądu elektrycznego. Ich oporność jest b. duża. Np. diament ma oporność większą od miedzi 1024 razy Metale
Bardziej szczegółowoRyszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Półprzewodniki i elementy z półprzewodników homogenicznych Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Publikacja
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki wykład 4
D. Halliday, R. Resnick, J.Walker: Podstawy Fizyki, tom 5, PWN, Warszawa 2003. H. D. Young, R. A. Freedman, Sear s & Zemansky s University Physics with Modern Physics, Addison-Wesley Publishing Company,
Bardziej szczegółowoKryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu
Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu skaroll@fizyka.umk.pl Plan ogólny Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie, czyli czym będziemy się
Bardziej szczegółowoLasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek
Lasery półprzewodnikowe przewodnikowe Bernard Ziętek Plan 1. Rodzaje półprzewodników 2. Parametry półprzewodników 3. Złącze p-n 4. Rekombinacja dziura-elektron 5. Wzmocnienie 6. Rezonatory 7. Lasery niskowymiarowe
Bardziej szczegółowo2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach
2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach 1 B III C VI 2 Związki półprzewodnikowe: 8 walencyjnych elektronów na walencyjnym orbitalu cząsteczkowym2 Krzem i german 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 14 elektronów
Bardziej szczegółowoPrzejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)
Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach) Rozpraszanie na nieruchomej sieci krystalicznej (elektronów, neutronów, fotonów) zwykłe odbicie Bragga (płaszczyzny krystaliczne odgrywają rolę rys siatki
Bardziej szczegółowoChemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki
dr ab. Wacław Makowski Cemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki 1. Kwantowanie. Atom wodoru 3. Atomy wieloelektronowe 4. Termy atomowe 5. Cząsteczki dwuatomowe 6. Hybrydyzacja 7. Orbitale zdelokalizowane
Bardziej szczegółowoRÓWNANIE SCHRÖDINGERA NIEZALEŻNE OD CZASU
X. RÓWNANIE SCHRÖDINGERA NIEZALEŻNE OD CZASU Równanie Schrődingera niezależne od czasu to równanie postaci: ħ 2 2m d 2 x dx 2 V xx = E x (X.1) Warunki regularności na x i a) skończone b) ciągłe c) jednoznaczne
Bardziej szczegółowoFizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna
Wykład II Struktura krystaliczna Fizyka Ciała Stałego Ciała stałe można podzielić na: Amorficzne, brak uporządkowania, np. szkła; Krystaliczne, o uporządkowanym ułożeniu atomów lub molekuł tworzącym sieć
Bardziej szczegółowoFizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika
Fizyka 3 Konsultacje: p. 39, Mechatronika marzan@mech.pw.edu.pl Zaliczenie: 1 sprawdzian 30 pkt 15.1 18 3.0 18.1 1 3.5 1.1 4 4.0 4.1 7 4.5 7.1 30 5.0 http:\\adam.mech.pw.edu.pl\~marzan Program: - elementy
Bardziej szczegółowoKryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu skaroll@fizyka.umk.pl
Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu skaroll@fizyka.umk.pl Plan ogólny Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie, czyli czym będziemy się
Bardziej szczegółowoZaburzenia periodyczności sieci krystalicznej
Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej Defekty liniowe dyslokacja krawędziowa dyslokacja śrubowa dyslokacja mieszana Defekty punktowe obcy atom w węźle luka w sieci (defekt Schottky ego) obcy atom
Bardziej szczegółowoOPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki
OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki c Adam Bechler 2006 Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego Równania optyki półklasycznej Posłużymy się teraz równaniem (2.4), i Ψ t = ĤΨ ażeby wyprowadzić
Bardziej szczegółowoPodstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek
Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej wykład 2, 17.02.2012 wykład: pokazy: ćwiczenia: Czesław Radzewicz Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek Ernest Grodner Równania Maxwella r-nie falowe
Bardziej szczegółowoProste struktury krystaliczne
Budowa ciał stałych Proste struktury krystaliczne sc (simple cubic) bcc (body centered cubic) fcc (face centered cubic) np. Piryt FeSe 2 np. Żelazo, Wolfram np. Miedź, Aluminium Struktury krystaliczne
Bardziej szczegółowo