1 Półprzewodniki 28.04.2016 r. Aleksandra Gliniany

2 Plan prezentacji 1.Wprowadzenie 2.Rozwiniecie tematu: - budowa kryształu; - elektrony swobodne, dziury; - model atomu Bohra; - model pasmowy; - półprzewodniki samoistne; - półprzewodniki niesamoistne; - generacja i rekombinacja; - dyfuzja; - zjawisko powierzchowne. 3. Klasyfikacja przyrządów półprzewodnikowych.

3 Większość materiałów stosowanych w elektronice to materiały krystaliczne, które ze względu na zdolność przewodzenia prądu elektrycznego można zakwalifikować do jednej z grup: izolatory, półprzewodniki, przewodniki. Wprowadzenie

4 Budowa krystaliczna ciał

5 Elementarna struktura komórki sieci krystalicznej krzemu (model przestrzenny). Budowa krystaliczna ciał cd. Dwuwymiarowy model sieci wiązań kowalencyjnych w krzemie. Każdy jon ma cztery wspólne elektrony z sąsiednimi jonami znajdującymi się w węzłach sieci krystalicznej.

6 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 nazywamy elektronami swobodnymi. Po każdym uwolnionym elektronie pozostaje w siatce krystalicznej dodatnio naładowany jon związany z jądrem atomu. Nazywamy go dziurą. Elektrony swobodne, dziury

7 Model atomu Bohra Zgodnie z teorią Nielsa Bohra elektrony krążące po orbicie kołowej wokół jądra atomu o ściśle określonym promieniu mają określoną energię. Mówimy, że odpowiada im określony stan energetyczny

8 Model Pasmowy Przejście z orbity na orbitę związane jest ze zmiana energii i może odbywać się tylko w sposób skokowy. W tym wypadku o zjawisku kwantowania orbit.

9 Model Pasmowy cd.

10 Rodzaje materiałów krystalicznych Model Pasmowy cd.

11 Półprzewodniki samoistne Drgania cieplne sieci krystalicznej są źródłem generacji termicznej par nośników elektron-dziura. Ilość nośników ładunku w jednostce objętości nazywa się koncentracją: n elektronów oraz p dziur. Zjawisku generacji termicznej par elektron – dziura towarzyszy zawsze zjawisko przechwytywania elektronów przez dziury, które nazywamy rekombinacją nośników

12 Półprzewodniki samoistne cd. Podstawowe materiały półprzewodzące

13 Defekty sieci krystalicznej Do najczęściej występujących defektów sieci krystalicznej zaliczamy: zanieczyszczenia – wtrącenie pomiędzy atomy w węzłach siatki krystalicznej atomów innych pierwiastków, luki - brak atomów w niektórych węzłach siatki, domieszki - zastąpienie w niektórych węzłach siatki krystalicznej atomów półprzewodnika atomami innego pierwiastka, dyslokacje - przesunięci płaszczyzny krystalograficznej całej grupy atomów względem siebie.

14 Defekty sieci krystalicznej cd.

15 Półprzewodniki niesamoistne

16 Generacja i rekombinacja Podczas przeskoku elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego przyjmuje on dodatkowe położenia, którym odpowiadają w modelu pasmowym poziomy energetyczne wewnątrz pasma zabronionego. Są to tzw. centra rekombinacji lub inaczej centra pułapkowe

17 Dyfuzja Proces przemieszczania się nośników ładunku z obszaru o większej koncentracji do obszaru o koncentracji mniejszej nazywamy dyfuzją. Dyfuzja jest naturalnym efektem przypadkowych ruchów poszczególnych nośników i występuje bez działania żadnej konwencjonalnej siły. Dyfuzja i unoszenie w polu elektrycznym to dwa podstawowe procesy transportu nośników w półprzewodnikach.

18 Zjawiska powierzchniowe

19 Klasyfikacja przyrządów półprzewodnikowych

20 Literatura M. P. Kaźmierkowski, J. T. Matysik: Wprowadzenie do elektroniki i energoelektroniki, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2005 J. Jaczewski, A. Opolski, J. Stolz: Podstawy elektroniki i energoelektroniki, WNT, Warszawa 1981 P. E. Gray, C. L. Searle: Podstawy elektroniki, PWN, Warszawa 1976

21