GaSb, GaAs, GaP. Joanna Mieczkowska Semestr VII

Podobne dokumenty
Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Zastosowanie diod elektroluminescencyjnych w pojazdach samochodowych

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Rozszczepienie poziomów atomowych

L E D light emitting diode

Krawędź absorpcji podstawowej

Diody LED w samochodach

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Badanie emiterów promieniowania optycznego

Skalowanie układów scalonych

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Dioda półprzewodnikowa OPRACOWANIE: MGR INŻ. EWA LOREK

Skalowanie układów scalonych Click to edit Master title style

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

1 Źródła i detektory. V. Fotodioda i diody LED Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody i diod LED.

Materiały w optoelektronice

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Teoria pasmowa ciał stałych

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Przejścia promieniste

Elektryczne własności ciał stałych

4. Diody DIODY PROSTOWNICZE. Są to diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego.

Struktura pasmowa ciał stałych

Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

V. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

WYZNACZENIE STAŁEJ PLANCKA NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYKI DIODY ELEKTROLUMINESCENCYJNEJ

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

V. Fotodioda i diody LED

Skończona studnia potencjału

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

Fizyka 3.3. prof.dr hab. Ewa Popko p.231a

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Projekt FPP "O" Kosma Jędrzejewski

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Podstawowe właściwości fizyczne półprzewodników WYKŁAD 2 SMK J. Hennel, Podstawy elektroniki półprzewodnikowej:, WNT, W-wa 2003

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

PÓŁPRZEWODNIKI W ELEKTRONICE. Powszechnie uważa się, że współczesna elektronika jest elektroniką półprzewodnikową.

Urządzenia półprzewodnikowe

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Wybrane elementy optoelektroniczne. 1. Dioda elektroluminiscencyjna LED 2. Fotodetektory 3. Transoptory 4. Wskaźniki optyczne 5.

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

METALE. Cu Ag Au

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Proste struktury krystaliczne

Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

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

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Badanie charakterystyki diody

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL INSTYTUT FIZYKI POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL

Spis ilustracji: Wstęp: Wynalezienie diody: Działanie: Konstrukcja: Wzór: Luminescencja:... 7

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Białe jest piękne. Światło białe wytwarzane przez same diody LED.

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

Nanostruktury i nanotechnologie

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Ćwiczenie 1 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu skaroll@fizyka.umk.pl

PODSTAWOWE ELEMENTY ELEKTRONICZNE DIODA PROSTOWNICZA. W diodach dla prądu elektrycznego istnieje kierunek przewodzenia i kierunek zaporowy.

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Przyrządy półprzewodnikowe

1. Struktura pasmowa from bonds to bands

Elektryczne własności ciał stałych

Absorpcja związana z defektami kryształu

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach

Transkrypt:

GaSb, GaAs, GaP Joanna Mieczkowska Semestr VII 1

Pierwiastki grupy III i V układu okresowego mają mało jonowy charakter. 2

Prawie wszystkie te kryształy mają strukturę blendy cynkowej, typową dla kryształów kowalencyjnych. 3

Kryształy y mieszane 4

5

6

GaSb 7

Wśród związków galu należących do grupy związków typu III-V najbardziej wyczerpująco badany był GaSb. 8

9

10

11

GaAs 12

Arsenek galu (GaAs) jest to związek galu i arsenu otrzymywany syntetycznie na potrzeby m.in. przemysłu elektronicznego ze względu na swoje właściwości półprzewodnictwa. Drugi obecnie po krzemie (Si) materiał najczęściej wykorzystywany w mikro- i optoelektroniece oraz technice mikrofalowej. GaAs wykazuje znaczniejszą niż Si odporność na działanie promieniowania elektromagnetycznego. Parametr półprzewodnictwa - szerokość przerwy zabronionej Bg = 1.4 ev. Zastosowanie w produkcji m.in. różnych: szybko reagujących cyfrowych i analogowych układów scalonych; diód; laserów; baterii słonecznych; fotodetektorów; czujników pola magnetycznego; sond biomedycznych; 13

LED - ang. Light Electroluminescence Diode dioda elektroluminescencyjna Diodę elektroluminescencyjną zaliczamy do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitują one promieniowanie w zakresie światła widzialnego, jak i podczerwieni. Pojawiła się w latach sześćdziesiątych. Jej działanie opiera się zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy elektrony przechodząc z wyższego poziomu energetycznego na niższy zachowują swój pęd. Jest to tzw. przejście proste. Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego. 14

Trochę historii: Początek lat 60. XX w. pierwsza dioda LED emitująca podczerwień; Lata 60. XX w. - pierwsze czerwono świecące diody, GaAsP, GaP domieszkowany Zn i O 2 (Hewlett-Packard, Monsanto), mała wydajność świetlna rzędu 0,1 lm/w; 1968 dodanie N do GaP znaczna poprawa wydajności świetlnej diody 1lm/W; Początek lat 80. czerwono świecące diody o wydajności 10 lm/w AlGaAs; 1990 zastosowanie przez firmę Hewlett-Packard nowego czteroskładnikowego związku półprzewodnikowego AlInGaP światło żółte, ze związku tego można uzyskać emisję światła o barwach od czerwonej do zielonej; Diody niebieskie, białe; Diody HB-LED (High Brightness LED) AlInGaP, diody o jaskrawości wystarczającej do tego, aby ich światło stało się widoczne w warunkach pełnego oświetlenia słonecznego ok. 100 lm/w!!! 15

Narodziny diody LED Pierwsza dająca się w pełni kontrolować dioda LED wykonana z GaAsP na podłożu GaAs przez zespół Holonyaka w 1962 roku Holonyak z zespołem pracował dla korporacji General Electric i firma ta jako pierwsza skomercjalizowała produkcję diod LED. Jednak cena jednej widzialnej, czerwonej diody produkcji GE była wówczas, bardzo wysoka i wynosiła 260 USD. Laser emitujący tą samą długość fali kosztował jednak aż 10 razy tyle co dioda LED, czyli 2.600 USD. Pierwszą naprawdę masową produkcję diod LED rozpoczęła firma Mosanto w 1968 roku. Diody firmy Mosanto (rys. 3.b) były wykonywane z GaAsP/GaAs i w sprzedaży detalicznej kosztowały około 1 GBP (funta angielskiego), co podówczas odpowiadało średniej dniówce. 16

17

Istnieją materiały z prostą przerwą energetyczną (np. GaAs) i skośną przerwą energetyczną (np. Si) przerwa prosta - przejścia nie są wzbronione przerwa skośna - przejścia elektronowe wymagają zmiany wektora falowego k (wzbronione) 18

Arsenek galu jest przykładem półprzewodnika z prostą przerwą energetyczną: Schemat struktury pasmowej GaAs (a) i Si (b) w funkcji pędu elektronu w kierunku krystalograficznym [100] 19

20

21

Diody świecące Do produkcji diod świecących najlepiej użyć półprzewodnika z prostą przerwą energetyczną, aby ułatwić emisję światła w wyniku przejść elektronów z pasma przewodnictwa na poziomy dziur półprzewodnika typu p Kolor światła zależy od rodzaju półprzewodnika: GaP czerwone, dodatek glinu umożliwia zmianę barwy: Ga 1-x Al x P od pomarańczowego do zielonego 22

Diody świecące c.d. Do produkcji diod świecących można użyć półprzewodnika ze skośną przerwą energetyczną, ale rola zanieczyszczeń staje się istotna. Krzem się nie nadaje, bo istnieje droga bezpromienistego przejścia do stanu walencyjnego. 23

Barwa (długość) emitowanego światła hc hω = = E 2 E λ 1 = λ hc E g Rodzaj półprzewodnika decyduje o długości emitowanej fali Materiał Długość fali [nm] Barwa GaAs 910-1020 podczerwień GaAs 0,35 P 0,65 632 czerwona GaAs 0,15 P 0,85 589 żółta GaP 570-700 zielona-czerwona SiC 427 niebieska 24

25

Materiał Długość fali [μm] AlGaInP 0,65-0,68 Ga 0,5 In 0,5 P 0,67 Ga 1-x Al x As 0,62-0,9 GaAs 0,9 In 0,2 Ga 0,8 As 0,98 In 0,73 Ga 0,27 As 0,58 P 0,42 1,31 In 0,58 Ga 0,42 As 0,9 P 0,1 1,55 26

Napięcia progowe dla diod emitujących różne barwy 27

Charakterystyka światłości diody LED 28

PÓŁPRZEWODNIKI DOMIESZKOWANE Domieszkowanie półprzewodników pierwiastkami o większej liczbie elektronów walencyjnych (As) prowadzi do otrzymywaniu półprzewodników typu n zaś przy domieszkowaniu pierwiastkami o mniejszej liczbie elektronów walencyjnych (Ga) półprzewodników typu p. Półprzewodniki te mają zastosowanie do wytwarzania elementów elektronicznych (diody, tranzystory, układy scalone). 29

Laser półprzewodnikowy Do produkcji laserów tego typu używa się często struktur warstwowych Często stosuje się półprzewodniki typu III-V Poprzez zmianę składu można wpływać na szerokość przerwy energetycznej 30

Laser półprzewodnikowyp przewodnikowy Zewnętrzne warstwy podłączone do źródła napięcia zwiększają populację elektronów w paśmie przewodnictwa i populację dziur w paśmie walencyjnym. Przejście z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego następuje przez emisję wymuszoną Lasery tego typu wykorzystywane są np. w napędach płyt CD, czy w technice światłowodowej 31

Charakterystyki widmowe lasera półprzewodnikowegoprzewodnikowego poniżej progu wzbudzenia dioda elektroluminescencyjna powyżej progu wzbudzenia dioda laserowa 32

Studnie kwantowe Studnia klasyczna Studnia kwantowa Bariera Studnia Bufor Podłoże 33

Heterozłącze Ge - Si Ge - InAs Ge - InP Ge - GaAs Ge - GaP Ge - CdTe Ge - CdSe Si - InSb InP - GaAs InAs - GaAs GaAs - AlAs GaAs - GaP GaAs - AlP GaAs - CdTe GaP - AlP ZnTe - ZnSe CdTe - MnTe CdTe - ZnTe Stała sieci krystalicznej [A] 5,6575-5,4307 5,6575-6,0583 5,6575-5,8687 5,6575-5,6531 5,6575-5,4505 5,6575-6,4770 5,6575-6,0500 5,4307-6,4787 5,8687-5,6531 6,0583-5, 6531 5,6531-5,6622 5,6531-5,4505 5,6531-5,451 5,6531-6,477 5,4505-5,451 6,1010-5,6676 6,477-6,341 6,477-6,101 Wielkość niedopasowania [%] 4,1 6,8 3,7 0,08 3,7 13,5 6,7 17,6 3,7 6,9 0,16 3,6 3,6 13,6 0,01 7,4 2,1 6,0 34

Elektron (dziura) w ciele stałym Zależność dyspersyjna dla arsenku galu (GaAs) 35

36

37

38

GaP 39

GaP mając strefę energii wzbronionej o szerokości 2,4eV w temperaturze 0 0 K i 2,25eV w temperaturze pokojowej nie jest właściwie normalnym półprzewodnikiem. Kryształy są przezroczyste, zabarwione na kolor pomarańczowy. Obserwowane przewodnictwo jest zazwyczaj typu p. Próbki typu n można otrzymać przez dodanie siarki. 40

41

42

Fosforek galu jest najtrudniejszym do otrzymania materiałem półprzewodnikowym. Trudności technologiczne związane z wytworzeniem tego materiału wynikają z takich własności jak: -wysoka temperatura topienia (»1450 C), -wysoka prężność par fosforu w stanie ciekłym (»40 atm), -duża aktywność chemiczna w tym stanie Monokryształy otrzymuje się metodą Czochralskiego z zastosowaniem techniki hermetyzacji cieczowej (LEC-Liquid Encapuslated Czochralski). 43

Diodę LED zasila się napięciem w kierunku przewodzenia, dlatego musi być zastosowany rezystor szeregowy dla ograniczenia prądu. Spadek napięcia w kierunku przewodzenia wynosi ok. 1,4V dla GaAs, 2V dla GaAsP i 3V dla GaP 44

LITERATURA: R.A. Smith Półprzewodniki http://www.harricksci.com/infoserver/ Optical%20Materials/Gallium%20Arsenide.cfm http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/a11.html C.Kittel Fizyka ciała stałego Neil W.Ascroft, N.David Mermin Fizyka ciała stałego W.L.Boncz-Brujewicz, S.G.Kałasznikow Fizyka półprzewodników 45