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

Podobne dokumenty
półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

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

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

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

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

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

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

Skończona studnia potencjału

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

Wykład V Złącze P-N 1

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

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

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

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

Elektryczne własności ciał stałych

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Przejścia promieniste

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

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

Przyrządy półprzewodnikowe

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

Absorpcja związana z defektami kryształu

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Teoria pasmowa ciał stałych

W5. Rozkład Boltzmanna

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Przyrządy półprzewodnikowe część 2

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

METALE. Cu Ag Au

Studnia kwantowa. Optyka nanostruktur. Studnia kwantowa. Gęstość stanów. Sebastian Maćkowski

Elektryczne własności ciał stałych

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Rozszczepienie poziomów atomowych

Ćwiczenie 4. Fotoprzewodnictwo cienkich warstw i. Paweł Turbak Tomasz Winiarski

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

Rys.1. Struktura fizyczna diody epiplanarnej (a) oraz wycinek złącza p-n (b)

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

Przerwa energetyczna w germanie

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Podstawy krystalografii

Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)

VI. POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORNOŚCI METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

Struktura pasmowa ciał stałych

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

elektryczne ciał stałych

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

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

Repeta z wykładu nr 2. Detekcja światła. Parametry fotodetektorów. Co to jest detektor?

Model elektronów swobodnych w metalu

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Modele kp wprowadzenie

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

Krawędź absorpcji podstawowej

Układy nieliniowe. Stabilizator - dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) Logiczna bramka NAND. w.7, p.1

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

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

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Ćwiczenie 123. Dioda półprzewodnikowa

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

W książce tej przedstawiono:

Wykład VIII. Detektory fotonowe

Wprowadzenie do struktur niskowymiarowych

Urządzenia półprzewodnikowe

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Elementy elektroniczne Wykłady 3: Półprzewodniki. Teoria złącza PN

Układy nieliniowe. Stabilizator dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) w.9, p.1

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ FIZYKI TECHNICZNEJ I MATEMATYKI STOSOWANEJ EKSCYTONY. Seminarium z Molekularnego Ciała a Stałego Jędrzejowski Jaromir

Układy nieliniowe. Stabilizator dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) w.9, p.1

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

Badanie emiterów promieniowania optycznego

Kwantowa natura promieniowania

Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Wydział Elektrotechniki, Elektroniki Informatyki i Automatyki Politechnika Łódzka

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

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

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Ćwiczenie Badanie zależności temperaturowej oporu elektrycznego metalu i półprzewodnika

Transkrypt:

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: czwartek 13-16 - struktura krystalograficzna, sieć odwrotna - struktura pasmowa - statystyka elektronów i dziur - domieszkowanie - transport w półprzewodnikach Plan na dzisiaj Dygresja cubic (Po) polon to jedyny pierwiastek, którego struktura krystaliczna jest prostym sześcianem wynika to prawdopodobnie ze współzawodnictwa między efektem relatywistycznego zwiększenia masy elektronu a oddziaływaniem spin-orbita (więcej: Physics Today z sierpnia 2007 i w Physical Review Letters 99 (2007) 016402

Transport w półprzewodnikach Równanie Einsteina dryft efekt przyłożenia zewnętrznego pola elektrycznego µ ruchliwość parametr zależny od temperatury, koncentracji, mechanizmów rozpraszania dyfuzja spontaniczne niwelowanie niejednorodności w gazie swobodnych elektronów lub dziur w zerowym polu elektrycznym zależność pomiędzy stałą dyfuzji a ruchliwością nośników przykład: wyprowadzenie relacji Einsteina dla przypadku złącza dwóch półprzewodników n typu znajdujących się w równowadze termodynamicznej (J n =0) całkowita gęstość prądu F n strumień elektronów D n stała dyfuzji n gradient rozkładu elektronów n 1, V 1 n 2, V 1 w równowadze termodynamicznej energia Fermiego jest stała Równanie Einsteina Równanie Einsteina z kolei ze statystyki Boltzmanna wykonując całkę od x 1 do x 2 porównanie obydwu wyrażeń prowadzi do równania Einsteina

Wzbudzenia w kryształach Wzbudzenia w kryształach zaburzenie równowagi termodynamicznej kryształu (np n i2 ) absorpcja promieniowania generacja termiczna bezpośrednia gdy E G ~kt, np. Ge generacja termiczna pośrednia gdy E G >kt, np. GaAs, Si stany w przerwie energetycznej skutek występowania defektów i domieszek w krysztale Wzbudzenia w kryształach Pochłanianie absorpcja promieniowania przerwa skośna przerwa prosta część energii promieniowania ulega odbiciu, typowo ~30% redukcja tego efektu pokrycie antyrefleksyjne (anti-reflective coating) zmniejszenie o ponad rząd wielkości konieczność dostarczenia dodatkowego pędu związanego z różnicą wektorów falowych moc pochłaniana w półprzewodniku P i - moc padająca na powierzchnię kryształu α - współczynnik absorpcji 1/α - głębokość wnikania promieniowania r współczynnik odbicia

Pochłanianie Pochłanianie liczba absorbowanych fotonów: P/E=hν wydajność kwantowa η liczba generowanych nośników przypadająca na liczbę padających fotonów zakres widzialny i bliska podczerwień Pochłanianie Dygresja HgCdTe jeden z podstawowych materiałów do wytwarzania detektorów podczerwieni podczerwień

Rekombinacja Czas życia nośników zaburzenie równowagi termodynamicznej kryształu (np n i2 ) prowadzi do wystąpienia procesów zmierzających do przywrócenia stanu równowagi czas życia nośników (charge carrier lifetime) czas opisujący powrót do równowagi termodynamicznej w równowadze termodynamicznej (domieszkowanie na typ p): termiczna generacja par elektron-dziura G th = rekombinacja R th koncentracja nośników (n, p) nie ulega zmianie wtedy nadwyżkowa rekombinacja opisana jest współczynnikiem Czas życia nośników Czas życia nośników pod wpływem oświetlenia rośnie koncentracja elektronów i dziur (o n) wtedy nadwyżkowa generacja par e-h interpretacja czasu rekombinacji τ r : zamknięcie dodatkowego mechanizmu generacji powoduje że nadwyżkowa rekombinacja będzie związana z nadwyżką nośników mniejszościowych, w tym wypadku, elektronów nadwyżka elektronów będzie zanikała zgodnie z zależnością dla niewielkich natężeń promieniowania, czyli gdy innymi słowy, τ r jest charakterystycznym czasem powrotu układu do stanu równowagi termodynamicznej

Czas życia nośników Typy rekombinacji analogicznie można przeprowadzić analizę powrotu do równowagi dla przypadku przyłożonego pola elektrycznego przykład: obliczenie koncentracji nośników generowanych przez światło o energii 1.8 ev i mocy 10 mw/cm 2 dla płytki krzemowej domieszkowanej na typ n, koncentracja N D 10 17 cm -3. Współczynnik absorpcji: 10 3, czas życia nośników mniejszościowych 10 µs rekombinacja pasmo-pasmo rekombinacja na defektach i pułapkach rekombinacja powierzchniowa p>>n generacja optyczna elektronów i dziur: ostatecznie G P 10 2 opt 3 13 3 1 n = Gp = α = 10 = 3.5 10 cm s 19 E phq 1.8 1.6 10 n = τ p G p = 10 10 6 3.5 10 13 8 = 3.5 10 cm s 3 1 rekombinacja Auger Heterozłącze Heterozłącze układ złożony z dwóch półprzewodników typ I typ II typ III

Studnia kwantowa Materiał objętościowy (wielo)studnia kwantowa (multiple) quantum well materiał objętościowy spektrum ciągłe supersieć superlattice Studnia kwantowa Drut kwantowy studnia kwantowa kwantowanie energii w kierunku prostopadłym do płaszczyzny studni drut kwantowy kwantowanie energii w dwóch kierunkach przestrzennych

Kropka kwantowa Reklama kropka kwantowa kwantowanie energii we wszystkich trzech kierunkach przestrzennych: dyskretne poziomy energetyczne o strukturach kwantowych, ich otrzymywaniu, własnościach i zastosowaniach będzie można usłyszeć więcej na wykładzie monograficznym w semestrze letnim pt. Spektroskopia nanostruktur Złącze p-n Złącze p-n złącze p-n powstaje przez połączenie dwóch półprzewodników, z których jeden jest domieszkowany na typ p a drugi na typ n domieszki mają charakter płytkich donorów i akceptorów co zapewnia podobną koncentrację elektronów i dziur przy granicy równowaga termodynamiczna osiągana jest poprzez dyfuzję nośników następuje jonizacja domieszek, donorów i akceptorów zjonizowane domieszki powodują dryft nośników w przeciwnym kierunku aż do ustalenia się równowagi poziom Fermiego jest stały dla całego złącza φ i potencjał wbudowany x p -x n warstwa zubożona, na skutek jonizacji pozbawiona mobilnych ładunków

Złącze p-n Złącze p-n kierunek zaporowy kierunek przewodzenia V a - napięcie kierunek przewodzenia (forward) napięcie dodatnie na anodzie kierunek zaporowy (reverse) napięcie ujemne na anodzie Złącze p-n przykład: obliczenie wbudowanego napięcia w złączu p-n w temperaturze pokojowej. Koncentracja donorów N D 10 12 cm -3, koncentracja akceptorów N A 10 16 cm -3. napięcie wbudowane jest różnicą poziomów samoistnych w obu domieszkowanych fragmentach złącza wtedy