Struktura pasmowa ciał stałych

Podobne dokumenty
STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

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

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

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Elektryczne własności ciał stałych

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Elektryczne własności ciał stałych

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

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

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

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Podstawy krystalografii

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Elektryczne własności ciał stałych

VI. POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORNOŚCI METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

Skończona studnia potencjału

WYZNACZENIE STAŁEJ PLANCKA NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYKI DIODY ELEKTROLUMINESCENCYJNEJ

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Podstawy fizyki wykład 4

ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem /13

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

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Rozszczepienie poziomów atomowych

ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA

W5. Rozkład Boltzmanna

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

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

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

Elementy elektroniczne Wykłady 3: Półprzewodniki. Teoria złącza PN

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Wykład FIZYKA II. 14. Fizyka ciała stałego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

METALE. Cu Ag Au

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

elektryczne ciał stałych

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Cia!a sta!e. W!asno"ci elektryczne cia! sta!ych. Inne w!asno"ci

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

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

MATERIAŁY PÓŁPRZEWODNIKOWE

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

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Absorpcja związana z defektami kryształu

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

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

Badanie charakterystyki diody

Przejścia promieniste

Badanie emiterów promieniowania optycznego

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

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

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

V. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Przewodniki, półprzewodniki i izolatory

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORU METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

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

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

V. Fotodioda i diody LED

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO 57 METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY

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

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

elektryczne ciał stałych

Elementy nieliniowe. Nieliniowość tych elementów jest związana z fizyką transportu nośników ładunku w tych elementach.

Przerwa energetyczna w germanie

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Podstawy działania elementów półprzewodnikowych - diody

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

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

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

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

Model elektronów swobodnych w metalu

GAZ ELEKTRONÓW SWOBODNYCH POWYŻEJ ZERA BEZWZGLĘDNEGO.

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

Urządzenia półprzewodnikowe

elektryczne ciał stałych

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

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

E3. Badanie temperaturowej zależności oporu elektrycznego ciał stałych 1/5

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

III.4 Gaz Fermiego. Struktura pasmowa ciał stałych

Ćwiczenie Badanie zależności temperaturowej oporu elektrycznego metalu i półprzewodnika

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Dioda półprzewodnikowa OPRACOWANIE: MGR INŻ. EWA LOREK

Fale elektromagnetyczne

Nanostruktury i nanotechnologie

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Gaz Fermiego elektronów swobodnych

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

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

Transkrypt:

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.............................................. 2 1.2. Pasma energetyczne........................................... 3 2. Model pasmowy metali i półprzewodników 3 2.1. Elektrony swobodne w metalu...................................... 3 2.2. Półprzewodnik.............................................. 4 2.3. Rodzaje przewodnictwa......................................... 5 2.4. Urządzenia półprzewodnikowe...................................... 8

1. Pasmowa teoria ciała stałego 1.1. Wstęp do teorii Poziomy i pasma Kwantowy model elektronów swobodnych Elektrony są swobodne: elektrony walencyjne nie oddziałują ze sobą tworzą gaz doskonały, Elektrony są fermionami: podlegają statystyce Fermiego-Diraca, Przewodnictwo jest ograniczone zderzeniami z niedoskonałościami sieci krystalicznej. Rodzaje pasm Wartość E g określa minimalną energię, jaka musi być dostarczona do elektronu walencyjnego, aby został on przeniesiony do pasma przewodnictwa. c Ireneusz Owczarek, 2013 2

1.2. Pasma energetyczne Model pasmowy Prawdopodobieństwo obsadzenia stanu fermionem 1 f(e) = exp E E F + 1. kt Dla T = 0K f(e) = { 1 dla E < EF, 0 dla E > E F. Wnioski W T = 0K zapełnione są wszystkie stany o energiach poniżej E F, Dla dowolnej temperatury prawdopodobieństwo zapełnienia stanu o energii E F wynosi 0, 5. 2. Model pasmowy metali i półprzewodników 2.1. Elektrony swobodne w metalu Model elektronów swobodnych w metalu Dla T = 0K, wszystkie stany o energii poniżej energii Fermiego E F elektronami, a wszystkie o energiach powyżej E F są puste. są zapełnione Dowolnie małe pole elektryczne może wprawić w ruch elektrony z poziomu E F dostarczając im energii i prowadząc do bardzo dużego przewodnictwa elektrycznego. c Ireneusz Owczarek, 2013 3

W temperaturach T > 0K, elektrony są termicznie wzbudzane do stanów o energiach powyżej energii Fermiego. 2.2. Półprzewodnik Budowa krystaliczna ciał Jeżeli doprowadzona energia jonizacji (np. energia cieplna) jest dostatecznie duża to powstające siły zrywają wiązania atomowe i uwolnione w ten sposób elektrony mogą się swobodnie poruszać w krysztale. Te elektrony nazywa się elektronami swobodnymi. Po każdym uwolnionym elektronie pozostaje w siatce krystalicznej dodatnio naładowany jon związany z jądrem atomu. Taki jon nazywa się dziurą. Rodzaje półprzewodników c Ireneusz Owczarek, 2013 4

Półprzewodnik samoistny Półprzewodnik idealnie czysty, nie mający żadnych domieszek ani defektów sieci krystalicznej. Półprzewodnik domieszkowany (niesamoistny) Półprzewodnik specjalnie domieszkowany posiadający swoje własne poziomy energetyczne. Powstałe poziomy mogą znajdować się zarówno w dozwolonych jak i wzbronionych pasmach półprzewodnika, w różnych odległościach od wierzchołka pasma walencyjnego i dna pasma przewodnictwa. Domieszki, które są źródłem elektronów przewodnictwa, noszą nazwę donorów, a poziomy energetyczne tych domieszek poziomów donorowych. Domieszki, które wychwytują elektrony z pasma walencyjnego półprzewodnika, to domieszki akceptorowe, a poziomy energetyczne tych domieszek to poziomy akceptorowe. 2.3. Rodzaje przewodnictwa Przewodnictwo elektronowe i dziurowe c Ireneusz Owczarek, 2013 5

c Ireneusz Owczarek, 2013 6

Złacze p-n Polaryzacja złacza p-n c Ireneusz Owczarek, 2013 7

2.4. Urzadzenia półprzewodnikowe Inne diody Tunelowa Elektroluminescencyjna Fotodioda Tranzystor bipolarny c Ireneusz Owczarek, 2013 8

Świecenie na złaczu p-n Złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Energia emitowanego promieniowania pochodzi z rekombinacji pary dziura elektron w półprzewodniku. Elektron i dziura spotykając się w obszarze złącza mogą ulec rekombinacji promienistej energia w całości lub większej części jest przekazywana fotonowi i wraz z nim wypromieniowana. E g = hν = h c λ, λ = h c E g. Światło widzialne o długości od 700nm do 400nm. LED (Light Emitting Diode) Zalety sprawność świecenia większa niż 20%, bardzo wysoka luminancja (energia wypromieniowana do powierzchnia promieniująca), bardzo krótki czas załączania pojedyncze ns, ograniczony tylko ruchliwością nośników elektrycznych, miniaturowe wymiary, mały pobór mocy, odporność na drgania mechaniczne, nie wymagające zasilania wysokonapięciowego, ani warunków podciśnienia. LED jest źródłem światła o klasycznych właściwościach światło to nie jest monochromatyczne, jest niespójne, nieukierunkowane, niespolaryzowane. c Ireneusz Owczarek, 2013 9

Charakterystyki widmowe lasera półprzewodnikowego Literatura [1] Halliday D., Resnick R, Walker J. Podstawy Fizyki t. 1-5. PWN, 2005. [2] Praca zbiorowa pod red. A. Justa Wstęp do analizy matematycznej i wybranych zagadnień z fizyki. Wydawnictwo PŁ, Łódź 2007. [3] Jaworski B., Dietłaf A. Kurs Fizyki t. 1-3. PWN, 1984. [4] Strona internetowa prowadzona przez CMF PŁ http://cmf.p.lodz.pl/efizyka e-fizyka. Podstawy fizyki. [5] Kąkol Z. Żukrowski J. http://home.agh.edu.pl/ kakol/wyklady_pl.htm Wykłady z fizyki. c Ireneusz Owczarek, 2013 10