Introduktion till halvledarteknik

En presentation över ämnet: "Introduktion till halvledarteknik"— Presentationens avskrift:

1 Introduktion till halvledarteknik
Lärare, Göran Thungström och Claes Mattson

2 Innehåll Atomer och elektroner
Energiband och laddade partiklar i halvledare

3 Fotoelektriska effekten
utträdesarbete

4 Schrödingers ekvation enkla exempel
Fri partikel Potential steg Partikel i en potentialbox

5 Schrödingers ekvation enkla exempel
Energi nivåer för en partikel I en potentialbox Vågfunktionen med en potentialbarriär “tunn”

6 Schrödingers ekvation enkla exempel

7 Bindningar i kristaller
Jonbindningar Kovalenta bidningar

8 Energiband (kisel) Pauliprincipen
Vid formering av kristallen överlappar vågfunktionerna för elektronerna, vilka delas upp i energiband med 4N tillstånd. Ett valens band och ett ledningsband

9 Realistiska bandstrukturer Si och GaAs
Kisel har indirekt bandgap Eg=1.12 eV GaAs har direktbandgap Eg=1.43 eV

10 Energiband fasta material

11 Direkt och indirekt bandgap
Halvledare med direktbandgap kan emittera fotoner Halvledare med indirektbandgap kan emittera fotoner via en defektnivå i bandgapet I allmänhet emitterar inte indirekta halvledare fotoner utan energin övergår istället till värme

12 Skräddarsy bandgap GaAs, AlAs

13 Elektroner och Hål (intrinsiskt mtr odopat och utan defekter)
Elektroner i ledningsbandet Vid T=0K finns inga elektroner i ledningsbandet och halvledaren är som en isolator. Vid T>To finns ett antal elektroner i ledningsbandet och halvledaren kan leda en elektrisk ström Hål i valensbandet

14 Effektiv massa Beskriver inte partikelns verkliga massa utan dess skenbara massa i kristall gittret

15 Intrinsik halvledare En perfekt halvledarkristall utan föroreningar och gitter defekter kallas en intrinsik halvledare. Inga fria laddningar finns vid T=0K Elektron/hål skapas i par n=p=ni Generationshastigheten av elektron/hålpar är lika stor som rekombinationshastigheten ri=gi (jämnvikt)

16 Extrinsik halvledare T=0K T=~50K

17 Extrinsik halvledare Bohrs atommodell applicerat på dopad halvledare!
Energin för en elektron i sitt grundtillstånd m*n=0.26mo för kisel Relativa dielektrisitets konstanten~12 för kisel

18 Laddningsbärar koncentration
Fermi-Dirac statistik Sannolikheten för att en tillgänglig energi nivå skall vara fylld med en elektron. EF kallas för Ferminivå eller kemisk potential E= EF

19 Laddningsbärar koncentration
Temperaturberoende

20 Laddningsbärar koncentration
För hålet gäller att sannolikheten för att hitta ett hål i valensbandet ges av

21 Elektron och hålkoncentration I jämnvikt
För elektroner gäller Där är tillståndstätheten i cm-3