ELEMENTY ELEKTRONICZNE

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

Elektrony i dziury w półprzewodnikach

Badanie efektu Halla w półprzewodniku typu n

Zjawiska kontaktowe. Pojęcia.

Zjawiska kontaktowe. Pojęcia.

BADANIE CHARAKTERYSTYKI DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWEJ

E-3A BADANIE CHARAKTERYSTYK DIODY I TRANZYSTORA METODĄ OSCYLOSKOPOWĄ

Model Bohra atomu wodoru

Półprzewodniki Teoria złącza PN. Budowa i właściwości elektryczne ciał stałych - wprowadzenie

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć. Dr hab.

Rozszczepienie poziomów atomowych

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

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Ćwiczenie nr 20. BADANIE ZŁĄCZA p-n 1. PRZEPŁYW PRĄDU PRZEZ ZŁĄCZE

PRZYKŁADY ROZWIAZAŃ STACJONARNEGO RÓWNANIA SCHRӦDINGERA. Ruch cząstki nieograniczony z klasycznego punktu widzenia. mamy do rozwiązania równanie 0,,

2. KONCENTRACJA NOŚNIKÓW W PÓŁPRZEWODNIKU SAMOISTNYM I DOMIESZKOWYM. WPŁYW DOMIESZKOWANIA NA POŁOŻENIE POZIOMU FERMIEGO

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

Zadanie domowe: kiedy pole elektryczne jest słabe, a kiedy silne?

Elektryczne własności ciał stałych

Przerwa energetyczna w germanie

METODY DETEKCJI PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO 1

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

ZADANIA Z CHEMII Rozkład energii w stanie równowagi termicznej. Entropia (S) Kwantowanie energii

Wykład XI. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) laser półprzewodnikowy

Termodynamika defektów sieci krystalicznej

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Wyznaczanie ciepła właściwego c p dla powietrza

Budowa i zasada działania lasera

6.1. Typy detektorów i parametry charakteryzujące detektory [30]

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

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

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Fizyka Ciała Stałego

Teoria pasmowa ciał stałych

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

λ c λ c λ m asa hc h λ h λ h W lasnosci fotonu = = m = = = c h p c Oblicz energię, pęd i masę fotonu o długości fali λ = 500 nm. + kg m kg m = 1,6 10

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

PÓŁPRZEWODNIKI. Atom miedzi. Atom krzemu. Tylko jeden elektron. w powłoce walencyjnej. 4 dziury i 4 elektrony

Wykład 19: Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Budowa atomów. Budowa atomu wodoru

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Charakterystyki liczbowe zmiennych losowych: wartość oczekiwana i wariancja

Właściwości kryształów

Fundamentalna tabelka atomu. eureka! to odkryli. p R = nh -

Promieniowanie atomów wzbudzonych

Metrologia: miary dokładności. dr inż. Paweł Zalewski Akademia Morska w Szczecinie

u t 1 v u(x,t) - odkształcenie, v - prędkość rozchodzenia się odkształceń (charakterystyczna dla danego ośrodka) Drgania sieci krystalicznej FONONY

LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ. Ćwiczenie nr 16

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

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

Estymacja przedziałowa

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

W wielu przypadkach zadanie teorii sprężystości daje się zredukować do dwóch

4. Statystyka elektronów i dziur

METALE. Cu Ag Au

IM Eksperymentalne wyznaczenie wartości podstawowego kwantu przewodności.

2. ZJAWISKA KONTAKTOWE

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

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych pokój:

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

POLITECHNIKA OPOLSKA

Elementy elektroniczne Wykłady 3: Półprzewodniki. Teoria złącza PN

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.

Kurs Prawdopodobieństwo Wzory

Czym jest prąd elektryczny

1. Podstawowa struktura tranzystora bipolarnego

Badanie charakterystyki diody

Prawo Ohma. qnv. E ρ U I R U>0V. v u E +

OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYK POMPY WIROWEJ I WYZNACZENIE PAGÓRKA SPRAWNOŚCI

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

Złącze p-n: dioda. Dioda: element nieliniowy. półprzewodniki. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda KRYSZTAŁ. Podział materiałów:

na dnie (lub w szczycie) pasma pasmo jest paraboliczne, ale masa wyznaczona z krzywizny niekoniecznie = m 0

W5. Rozkład Boltzmanna

Proste struktury krystaliczne

2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach

ĆWICZENIE NR 72B (Teoria)

2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach

Podstawy działania elementów półprzewodnikowych - diody

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

ELEKTRONIKA ELM001551W

Wykład 18: Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

elektryczne ciał stałych

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną λ równą 10. Obliczyć v = var( X

Informatyka Stosowana-egzamin z Analizy Matematycznej Każde zadanie należy rozwiązać na oddzielnej, podpisanej kartce!

4. Statystyka elektronów i dziur

P = 27, 8 27, 9 27 ). Przechodząc do granicy otrzymamy lim P(Y n > Y n+1 ) = P(Z 1 0 > Z 2 X 2 X 1 = 0)π 0 + P(Z 1 1 > Z 2 X 2 X 1 = 1)π 1 +

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

PODSTAWY OPRACOWANIA WYNIKÓW POMIARÓW Z ELEMENTAMI ANALIZY NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

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

Przełączanie diody. Stan przejściowy pomiędzy stanem przewodzenia diod, a stanem nieprzewodzenia opisuje się za pomocą parametru/ów czasowego/ych.

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Transkrypt:

AKADMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWI Wydział Iformatyki, lektroiki i Telekomuikacji Katedra lektroiki LMNTY LKTRONICZN dr iż. Piotr Dziurdzia aw. C-, okój 41; tel. 617-7-0, iotr.dziurdzia@agh.edu.l dr iż. Ireeusz Brzozowski aw. C-, okój 51; tel. 617-7-4, ireeusz.brzozowski@agh.edu.l FIZYKA PÓŁPRZWODNIKÓW.. czyli odróż w oszukiwaie ośików-rzewodików rądu elektryczego it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 1

PO TYM ROZDZIAL ŁATWIJ ZROZUMIMY DLACZGO? - w złączowych elemetach ółrzewodikowych zależości rąd-aięcie są wyrażae fukcją ex? - w olowych elemetach ółrzewodikowych zależości rąd-aięcie są wyrażae fukcją kwadratową? - w ółrzewodikach i tak wszystko zależy od temeratury T, która uważaa jest za suerarametr? R=f(U, I, T) it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików O CZYM BĘDZIMY MÓWIĆ? it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 4

MATRIAŁY PÓŁPRZWODNIKOW KLASYFIKACJA MATRIAŁÓW POD WZGLĘDM PRZWODNICTWA LKTRYCZNGO l S oorość właściwa l 1 l R S S rzewodość właściwa m 1 m ρ ~ ex(-t) ρ ~ T IZOLATORY PÓŁPRZWODNIKI MTAL 10-6(Ωm)-1 10+6(Ωm)-1 14 rzędów wielkości! (w temeraturze okojowej) it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 5 MATRIAŁY PÓŁPRZWODNIKOW Półrzewodiki ich istotą cechą jest to, że rzewodość może zmieiać się w szerokim zakresie od wływem zmia temeratury, światła lub wrowadzoych domieszek. III B Al Ga I I C Si Ge S III- AlP AlAs GaP GaAs GaSb it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 6 P As Sb Półrzewodiki złożoe Półrzewodiki elemetare

ATOM KRZMU Według teorii Nielsa Bohra w odosobioym atomie elektroy mogą osiadać ściśle określoe oziomy eergetycze wyrażoe w sosób kwatowy: liczba atomowa ierwiastka (ZSi=14) ładuek elemetary elektrou (1,6-19C) masa elektrou (1,78-1kg) Ze m 8 4 e h 0 umer owłoki elektroowej stała Placka (6,65-4Js) rzeikalość elektrycza różi (8,854-1F/m) it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 7 ATOMY KRZMU cm 1 Si 10 atomów x Jeżeli szerokość asma: 1e 10 e odległość między oziomami it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 8 4

MODL PÓŁPRZWODNIKÓW PÓŁPRZWODNIK SAMOISTNY W temeraturze T=0K Dwuwymiarowy model ółrzewodika I gruy ergetyczy model asmowy asmo rzewodictwa C. dla Si g=1,1e dla Ge g=0,67e asmo walecyje C g e rzerwa eergetycza it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 9 MODL PÓŁPRZWODNIKÓW PÓŁPRZWODNIK SAMOISTNY samoisty (ag.) itrisic W temeraturze T>0K C geeracja rekombiacja Geeracja ar elektro-dziura może odbywać się. od wływem cieła, światła, romieiowaia, joizacji zderzeiowej. it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 10 5

PASMOWY MODL PRZWODNICTWA g>e g<e IZOLATORY PÓŁPRZWODNIKI MTAL 10-6(Ωm)-1 10+6(Ωm)-1 it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 11 PÓŁPRZWODNIKI A STATYSTYKA Jakie jest rawdoodobieństwo obsadzeia rzez elektro dowolego stau eergetyczego w temeraturze bezwzględej T? f 1 1 e F f() T=0K Fukcja Fermiego-Diraca T1>T k=8,6-5e/k=1,8+j/k - stała Boltzmaa Co to jest F? f F 1 1 e F F 1 0.5 F T1 T Sta eergetyczy zajdujący się a oziomie Fermiego może być obsadzoy rzez elektro z rawdoodobieństwem 0,5 it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 1 6

PÓŁPRZWODNIKI A STATYSTYKA f Jak możemy wyzaczyć kocetracje elektroów i dziur w jedostce objętości ółrzewodika? 1 1 e dla -F > F elektroy f e F Fukcja gęstości eergetyczie dozwoloych staów dla elektroów w aśmie rzewodictwa: * 4 me NC C N h * me * masa efektywa elektrou m C F it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 1 f dziury 1 1 e dla F- > f e F Fukcja gęstości eergetyczie dozwoloych staów dla elektroów w aśmie walecyjym: h 4 m h h masa efektywa dziury N f d N e C N f F N C C * m e h C efektywa gęstość staów w aśmie rzewodictwa N * m h h * d N e F efektywa gęstość staów w aśmie walecyjym PÓŁPRZWODNIKI A STATYSTYKA W ółrzewodiku samositym: i C g i T NC N e AT e * * 4 4 A m e m h h Prawo działaia mas: i it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 14 7

CIKAWOSTKI CZ.I W 1cm Si zajduje się 10 atomów Przerwa eergetycza w krzemie g=1,1e i g i T AT e 10 00 K 1,5 10 cm czyli w 1mm możemy zaleźć 15 milioów swobodych elektroów!!! i tyleż samo dziur ;)) Jeżeli średia eergia ciela elektrou t = w temeraturze okojowej T=00K wyosi t=0,05e, to jak mogą oe okoać rzerwę eergetyczą? ergię wystarczającą do okoaia rzerwy eergetyczej w krzemie w temeraturze okojowej ma 1 elektro ma 1,5x10+1 atomów!!! it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 15 CIKAWOSTKI CZ.II Jaka jest wrażliwość zmia kocetracji swobodych elektroów i dziur w samoistym krzemie w otoczeiu temeratury T=00K? ależy obliczyć: i di dt i T g o odstawieiu daych otrzymujemy: % 00 8, K i W. Jake, Zjawiska termicze w elemtach i układach ółrzewodikowych, WNT199 it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 16 8

PÓŁPRZWODNIKI DOMISZKOWAN +5 Domieszka doorowa.: P, As, Sb C D 0,05e +5 (liczba elektroów) ND (liczba atomów domieszki) W ółrzewodiku domieszkowaym tyu, elektroy są ośikami większościowymi, a dziury miejszościowymi! W temeraturze okojowej wszystkie elektroy z asma doorowego rzejdą do asma rzewodictwa. Atomy domieszki o utracie elektrou będą joami dodatimi. it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 17 PÓŁPRZWODNIKI DOMISZKOWAN + Domieszka akcetorowa.: B, Al, Ga, I C + A 0,05e (liczba dziur) NA (liczba atomów domieszki) W ółrzewodiku domieszkowaym tyu, dziury są ośikami większościowymi, a elektroy miejszościowymi! W temeraturze okojowej elektroy z asma walecyjego rzejdą a orbity atomów domieszki. Atomy domieszki o otrzymaiu elektrou będą joami ujemymi. it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 18 9

PÓŁPRZWODNIKI DOMISZKOWAN Waruek eutralości elektryczej: wrowadzeie domieszek do ółrzewodika ie może zmieić całkowitego ładuku, który w staie rówowagi musi być rówy zero. N D N A N D N A 0 Z rawa działaia mas moża wyzaczyć kocetracje ośików dla zaej kocetracji domieszek: dla ółrzewodików doorowych: dla ółrzewodików akcetorowych: it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 19 i D i A PÓŁPRZWODNIKI DOMISZKOWAN Wrowadzeie domieszek owoduje zmiay ołożeia oziomu Fermiego F C i ND=0 0 NA=0 NA ND Położeie oziomu Fermiego jest rówież fukcją temeratury it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 0 10

Liczba elektroów swobodych 014-0-17 PÓŁPRZWODNIKI DOMISZKOWAN Zależość temeraturowa kocetracji ośików w ółrzewodiku doorowym Ge Si geeracja samoista ND 100 00 00 400 500 Domieszka owoduje stabilizację liczby ośików w stosukowo dużym zakresie temeratury! T[K] it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 1 CIKAWOSTKI CZ.III Jaki będzie skutek domieszki w skali 1 atom arseu (As +5) a 1 milio atomów krzemu (Si )??? W 1cm Si zajduje się 10 atomów W wyiku domieszki otrzymamy 10 10 6 10 17 atomów arseu i tyleż samo swobodych elektroów w temeraturze okojowej! Si 10 m SiAs Si SiAs 10 10 10 m 10 6 it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 11

PRZWODNICTWO LKTRYCZN W PÓŁPRZWODNIKACH Przy braku ola elektryczego elektroy wykoują chaotyczy ruch. W temeraturze okojowej ich średia rędkość termicza wyosi ok. 5? m 10 s it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików PRZWODNICTWO LKTRYCZN W PÓŁPRZWODNIKACH kotakt omowy Po rzyłożeiu zewętrzego ola elektryczego ojawia się uorządkoway ruch elektroów uoszeie ośików w olu elektryczym. W temeraturze okojowej rędkość uoszeia wyosi ok.? 4 m 10 10 s it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 4 1

PRZWODNICTWO LKTRYCZN W PÓŁPRZWODNIKACH Gęstość rądu uoszeia rozważaie jedowymiarowe S I ładuek rzeływający rzez owierzchię S w czasie dt: dq ev dts ev dts gęstość rądu: 1 dq J S dt J ev e v v v dla krzemu µ µ ruchliwość elektroów ruchliwość dziur z rawa Ohma: J czyli koduktywość: e it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 5 PRZWODNICTWO LKTRYCZN W PÓŁPRZWODNIKACH (x) x d dx 0 x Dyfuzja ośików Prądy dyfuzyje ojawiają się w staach ierówowagi w tej części obszaru, w której kocetracja ośików staje się iejedoroda. Nośiki rzemieszczają się z obszarów o większej kocetracji do miejszej. J qd x d dx wsółczyik dyfuzji it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 6 1

PRZWODNICTWO LKTRYCZN W PÓŁPRZWODNIKACH D D UT 6m T 00 K e J e e D x d dx J e e D x d dx uoszeie dyfuzja it 014 r. PD&IB lemety elektroicze Fizyka ółrzewodików 7 14