Struktura pasmowa cial stalych dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PL [email protected]http://cmf.p.lodz.pl/iowczarek 2012/13 Spis tre ´ sci 1. Pasmowa teoria ciala stalego 2 1.1. Wstęp do teorii .............................................. 2 1.2. Pasma energetyczne ........................................... 3 2. Model pasmowy metali i pólprzewodników 3 2.1. Elektrony swobodne w metalu ...................................... 3 2.2. Pólprzewodnik .............................................. 4 2.3. Rodzaje przewodnictwa ......................................... 5 2.4. Urządzenia pólprzewodnikowe ...................................... 8
10
Embed
Struktura pasmowa ciał stałych - cmf.p.lodz.plcmf.p.lodz.pl/iowczarek/materialy/fizyka/15przewodnictwo_new12i.pdf · 1. Pasmowa teoria ciała stałego 1.1. Wstep˛ do teorii Poziomy
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
• W T = 0K zapełnione są wszystkie stany o energiach poniżej EF ,
• Dla dowolnej temperatury prawdopodobieństwo zapełnienia stanu o energii EF wynosi0, 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 EF są zapełnioneelektronami, a wszystkie o energiach powyżej EF są puste.
• Dowolnie małe pole elektryczne może wprawić w ruch elektrony z poziomu EF dostar-czając im energii i prowadząc do bardzo dużego przewodnictwa elektrycznego.
• W temperaturach T > 0K, elektrony są termicznie wzbudzane do stanów o energiachpowyżej energii Fermiego.
2.2. Półprzewodnik
Budowa krystaliczna ciałJeżeli doprowadzona energia jonizacji (np. energia cieplna) jest dostatecznie duża to po-
wstające siły zrywają wiązania atomowe i uwolnione w ten sposób elektrony mogą się swo-bodnie poruszać w krysztale. Te elektrony nazywa się elektronami swobodnymi. Pokażdym uwolnionym elektronie pozostaje w siatce krystalicznej dodatnio naładowany jonzwiązany z jądrem atomu. Taki jon nazywa się dziurą.
Półprzewodnik samoistnyPółprzewodnik idealnie czysty, nie mający żadnych domieszek ani defektów sieci krystalicz-nej.
Półprzewodnik domieszkowany (niesamoistny)Półprzewodnik specjalnie domieszkowany posiadający swoje własne poziomy energetyczne.
Powstałe poziomy mogą znajdować się zarówno w dozwolonych jak i wzbronionych pa-smach półprzewodnika, w różnych odległościach od wierzchołka pasma walencyjnego i dnapasma przewodnictwa.
Domieszki, które są źródłem elektronów przewodnictwa, noszą nazwę donorów, a pozio-my energetyczne tych domieszek – poziomów donorowych.
Domieszki, które wychwytują elektrony z pasma walencyjnego półprzewodnika, to domiesz-ki akceptorowe, a poziomy energetyczne tych domieszek to poziomy akceptorowe.
• Złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia.
• Energia emitowanego promieniowania pochodzi z rekombinacji pary dziura–elektronw półprzewodniku.
• Elektron i dziura spotykając się w obszarze złącza mogą ulec rekombinacji promieni-stej – energia w całości lub większej części jest przekazywana fotonowi i wraz z nimwypromieniowana.
Eg = hν = hc
λ,
λ = hc
Eg.
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 nośni-ków elektrycznych,
• miniaturowe wymiary,
• mały pobór mocy,
• odporność na drgania mechaniczne,
• nie wymagające zasilania wysokonapięciowego, ani warunków podciśnienia.
LED jest źródłem światła o klasycznych właściwościach