際際滷

際際滷Share a Scribd company logo

Fizika polu pr_01

Download as PPT, PDF
S
Stanko Radovanovic

fizika

1 of 13
Downloaded 21 times
FIZIKA POLUPROVODNIKA
Elektrina svojstva materijala odreena su strukurom atoma materijala Elektroni na orbitama imaju tano odreene energije Da bi elektron pre邸ao iz jedne u drugu orbitu neophodno mu je saop邸titi energiju, koja je jednaka razlici energija elektrona na tim orbitama Elektroni na orbitama koje su najudaljenije od atomskog jezgra imaju najveu energiju i oni pripadaju valentnoj zoni Elektroni u valentnoj zoni razliitih atoma meusobno formiraju valentne parove, odnosno valentne veze Valentni elektroni su meusobno vezani i kao takvi nisu nosioci struje
Elektroni koji su imali iste energetske nivoe u razliitim atomima, zbog efekata koji se obja邸njavaju u kvantnoj mehanici, ne mogu zadr転ati iste vrednosti energija, ve se svaki energetski nivo cepa na po vi邸e,veoma bliskih, energetskih podnivoa, formirajui tzv. energetske zone Ukupni energetski opseg jedne zone je manji od termike energije koju elektron ima na sobnoj temperaturi, te se, stoga, elektron lako kree unutar zone. Razlika energije izmeu dve susedne zone naziva se energetski procep. Od posebnog znaaja za elektroniku je energetski procep izmeu provodne i valentne zone Tek oni elektroni koji energiju veu od energije valentne zone (energiju dovoljnu da se oslobode uticaja jezgra) u stanju su da budu nosioci struje (njihovo usmereno kretanje predstavlja elektrinu struju). Ti elektroni se zovu slobodni elektroni i pripadaju provodnoj zoni
Kod provodnika dolazi do preklapanja provodne i valentne zone (elektroni u valentnoj zoni imaju dovoljno energije da samostalno preu u provodnu zonu). Kod izolatora je veliko rastojanje izmeu provodne i valentne zone. Prilikom porasta temperature, elektroni u valentnoj zoni dobijaju vi邸e energije i samim tim smanjuje veliinu energetskog procepa kod izolatora, pa se otpornost kod izolatora smanjuje sa porastom temperature Kod poluprovodnika nema preklapanja provodne i valentne zone, kao 邸to je to sluaj sa provodnicima, ali je energetski procep znatno manji nego kod izolatora. Ovak pak znai da malim dodavanjem energije spolja (zagrevanjem, svetlo邸u ili elektrinim poljem) elektroni u valentnoj zoni dobijaju dovoljno energije da preu u provodnu zonu. Drugim reima, otpornost poluprovodnika veoma zavisi od spoljnih uticaja 邸to se 邸iroko koristi u elektronici Energija Provodna zona Valentna zona Provodnik Izolator Poluprovodnik
Nosioci naelektrisanja u poluprovodniku Struktura poluprovodnika je u vidu kristalne re邸etke u ijim se vorovima nalaze atomi ili molekuli povezani valentnim vezama Najpoznatiji poluprovodnici su silicijum (Si), Germanijum (Ge) i Galijum Arsenid Energetski nivoi atoma silicijuma su takvi da na sobnoj temperaturi pojedini elektroni dobiju dovoljnu energiju da napuste valentnu i preu u provodnu zonu Samim tim javlja se upra転njeno mesto u valentnoj vezi, koje se naziva 邸upljina upljina se u elektrinom smislu pona邸a kao pozitivno naelektrisanje Obzirom na nain nastajanja elektrona i 邸upljina, njihove meusobne koncentracije u hemijski istom poluprovodniku su jednake Ako sa ni obele転imo sopstvenu koncentraciju slobodnih elektrona, a sa pi 邸upljina, va転i ni=pi
Nosioci naelektrisanja u poluprovodniku Generacija proces razbijanja valentne veze elektrona u poluprovodniku i nastajanje para elektron u provodnoj zoni 邸upljina u valentnoj zoni Rekombinacija proces uspostavljanja valentne veze izmeu elektrona u provodnoj zoni i 邸upljine u valentnoj zoni Broj razbijenih valentnih veza izmeu elektrona je ni Broj novoformiranih valentnih veza elektrona iz provodne zone i 邸upljina u valentnoj zoni je pi Procesi generacije i rekombinacije nalaze se u dinamikoj ravnote転i jer je ni=pi
Dopiranje poluprovodnika Dopiranje etvorovalentnih poluprovodnika radi se dodavanjem primesa ija je valenca za jedan manja ili za jedan vea od 4. Ako je valenca primese za jedan vea (petovalentna) od valence poluprovodnika, primesa se naziva jo邸 i donor. Ako je valenca primese za jedan manja (trovalentan) od valence poluprovodnika, primesa se naziva jo邸 i akceptor. Donori i akceptori su ne moraju biti poluprovodnici, ve mnogu biti i metali. Bitno je da im je valenca za jedan vea ili za jedan manja od 4. Dodavanje primesa i u tragovima, ve od 1:106 znaajno poveava provodnost poluprovodnika.
Dopiranje donorskim primesama Donorske primese su petovalentne Atom primese ima jedan elektron vi邸e u valentnoj zoni od atoma silicijuma To ima za posledicu da u kristalnoj re邸etki, atom primese koji je zauzeo mesto atoma silicijuma sa okolnim atomima mo転e da ostvari etiri valentne veze, dok jedan elektron ostaje nepovezan jer nema sa kim da ostvari valentnu vezu Nepovezani elektron sa malim dodatkom energije prelazi u provodnu zonu kod ovako dopiranih poluprovodnika naru邸ena dinamika ravnote転a izmeu broja elektrona i 邸upljina u provodnoj zoni, jer je ni>pi Si Si Si Si As Si Si Si Si e-
Poluprovodnici dopirani petovalentnim primesama nazivaju se poluprovodnicima N tipa i u provodnoj zoni imaju: Elektrone i 邸upljine nastale razgradnjom valentnih veza Elektrone koji su u provodnu zonu pre邸li iz donorskih atoma U provodnoj zoni preovlauju elektroni jer je broj elektrona i 邸upljina nastalih razgradnjom valentnih veza jedanak, a slobodni elektroni iz donorskih atoma koji prelaze u provodnu zonu ine da je ukupan broj elektrona u provodnoj zoni vei od broja 邸upljina u provodnoj zoni
Dopiranje akceptorskim primesama Akceptorske primese su trovalentne Atom primese ima jedan elektron manje u valentnoj zoni od atoma silicijuma To ima za posledicu da u kristalnoj re邸etki, atom primese koji je zauzeo mesto atoma silicijuma sa okolnim atomima mo転e da ostvari tri valentne veze, dok jedan elektron iz valentne zone nekog od atoma silicijuma iz okru転enja ostaje nepovezan Nepovezani elektron iz atoma silicijuma koji se nalazi u okru転enju akceptorskog atoma privlai jedan elektron iz provodne zone, ostavljajui u provodnoj zoni 邸upljinu kod ovako dopiranih poluprovodnika naru邸ena dinamika ravnote転a izmeu broja elektrona i 邸upljina u provodnoj zoni, jer je pi>ni Si Si Si Si Ga Si Si Si Si p+
Poluprovodnici dopirani trovalentnim primesama nazivaju se poluprovodnicima P tipa i u provodnoj zoni imaju: Elektrone i 邸upljine nastale razgradnjom valentnih veza upljine u provodnoj zoni nastale vezivanjem elektrona iz provodne zone i njegovim prelaskom u valentnu zonu neuparenog elektrona atoma silicijuma u neposredno okru転enju donorskog atoma U provodnoj zoni preovlauju 邸upljine jer je broj elektrona i 邸upljina nastalih razgradnjom valentnih veza jedanak, a nevezani elektroni iz silicjumskih atoma koji su u okru転enju akceptorskog atoma privlae elektrone iz provodne zone i ostavljaju 邸upljine u provodnoj zoni. Pokretljivost 邸upljina je oko 3 puta manja od pokretljivosti elektrona, tako da su bipolarni PNP tranzistori sporiji od NPN tranzistora
Odreivanje koncentracije slobodnih nosilaca Na konstantnoj temperaturi sopstvena koncentracija slobodnih nosilaca poluprovodnika je A0 je eksperimentalno utvrena konstanta i iznosi Bolcmanova konstanta kT E ii g eTApn 0 3 0 22 == 33 0 1026,1 =A 63 2 mC atoma K eV k 5 1062,8 =
Provoenje struje u poluprovodniku Provoenje pod dejstvom elektrinog polja (drift) Provoenje difuzijom Difuzione komponente struje postoje ako: Postoji razliita koncentracija slobodnih nosilaca u prostoru Taj uslov se lako ostvaruje ako se poluprovodnik razliito dopira Veem gradijentu koncentracije slobodnih nosilaca odgovara vea struja

More Related Content

Fizika polu pr_01

  • 2. Elektrina svojstva materijala odreena su strukurom atoma materijala Elektroni na orbitama imaju tano odreene energije Da bi elektron pre邸ao iz jedne u drugu orbitu neophodno mu je saop邸titi energiju, koja je jednaka razlici energija elektrona na tim orbitama Elektroni na orbitama koje su najudaljenije od atomskog jezgra imaju najveu energiju i oni pripadaju valentnoj zoni Elektroni u valentnoj zoni razliitih atoma meusobno formiraju valentne parove, odnosno valentne veze Valentni elektroni su meusobno vezani i kao takvi nisu nosioci struje
  • 3. Elektroni koji su imali iste energetske nivoe u razliitim atomima, zbog efekata koji se obja邸njavaju u kvantnoj mehanici, ne mogu zadr転ati iste vrednosti energija, ve se svaki energetski nivo cepa na po vi邸e,veoma bliskih, energetskih podnivoa, formirajui tzv. energetske zone Ukupni energetski opseg jedne zone je manji od termike energije koju elektron ima na sobnoj temperaturi, te se, stoga, elektron lako kree unutar zone. Razlika energije izmeu dve susedne zone naziva se energetski procep. Od posebnog znaaja za elektroniku je energetski procep izmeu provodne i valentne zone Tek oni elektroni koji energiju veu od energije valentne zone (energiju dovoljnu da se oslobode uticaja jezgra) u stanju su da budu nosioci struje (njihovo usmereno kretanje predstavlja elektrinu struju). Ti elektroni se zovu slobodni elektroni i pripadaju provodnoj zoni
  • 4. Kod provodnika dolazi do preklapanja provodne i valentne zone (elektroni u valentnoj zoni imaju dovoljno energije da samostalno preu u provodnu zonu). Kod izolatora je veliko rastojanje izmeu provodne i valentne zone. Prilikom porasta temperature, elektroni u valentnoj zoni dobijaju vi邸e energije i samim tim smanjuje veliinu energetskog procepa kod izolatora, pa se otpornost kod izolatora smanjuje sa porastom temperature Kod poluprovodnika nema preklapanja provodne i valentne zone, kao 邸to je to sluaj sa provodnicima, ali je energetski procep znatno manji nego kod izolatora. Ovak pak znai da malim dodavanjem energije spolja (zagrevanjem, svetlo邸u ili elektrinim poljem) elektroni u valentnoj zoni dobijaju dovoljno energije da preu u provodnu zonu. Drugim reima, otpornost poluprovodnika veoma zavisi od spoljnih uticaja 邸to se 邸iroko koristi u elektronici Energija Provodna zona Valentna zona Provodnik Izolator Poluprovodnik
  • 5. Nosioci naelektrisanja u poluprovodniku Struktura poluprovodnika je u vidu kristalne re邸etke u ijim se vorovima nalaze atomi ili molekuli povezani valentnim vezama Najpoznatiji poluprovodnici su silicijum (Si), Germanijum (Ge) i Galijum Arsenid Energetski nivoi atoma silicijuma su takvi da na sobnoj temperaturi pojedini elektroni dobiju dovoljnu energiju da napuste valentnu i preu u provodnu zonu Samim tim javlja se upra転njeno mesto u valentnoj vezi, koje se naziva 邸upljina upljina se u elektrinom smislu pona邸a kao pozitivno naelektrisanje Obzirom na nain nastajanja elektrona i 邸upljina, njihove meusobne koncentracije u hemijski istom poluprovodniku su jednake Ako sa ni obele転imo sopstvenu koncentraciju slobodnih elektrona, a sa pi 邸upljina, va転i ni=pi
  • 6. Nosioci naelektrisanja u poluprovodniku Generacija proces razbijanja valentne veze elektrona u poluprovodniku i nastajanje para elektron u provodnoj zoni 邸upljina u valentnoj zoni Rekombinacija proces uspostavljanja valentne veze izmeu elektrona u provodnoj zoni i 邸upljine u valentnoj zoni Broj razbijenih valentnih veza izmeu elektrona je ni Broj novoformiranih valentnih veza elektrona iz provodne zone i 邸upljina u valentnoj zoni je pi Procesi generacije i rekombinacije nalaze se u dinamikoj ravnote転i jer je ni=pi
  • 7. Dopiranje poluprovodnika Dopiranje etvorovalentnih poluprovodnika radi se dodavanjem primesa ija je valenca za jedan manja ili za jedan vea od 4. Ako je valenca primese za jedan vea (petovalentna) od valence poluprovodnika, primesa se naziva jo邸 i donor. Ako je valenca primese za jedan manja (trovalentan) od valence poluprovodnika, primesa se naziva jo邸 i akceptor. Donori i akceptori su ne moraju biti poluprovodnici, ve mnogu biti i metali. Bitno je da im je valenca za jedan vea ili za jedan manja od 4. Dodavanje primesa i u tragovima, ve od 1:106 znaajno poveava provodnost poluprovodnika.
  • 8. Dopiranje donorskim primesama Donorske primese su petovalentne Atom primese ima jedan elektron vi邸e u valentnoj zoni od atoma silicijuma To ima za posledicu da u kristalnoj re邸etki, atom primese koji je zauzeo mesto atoma silicijuma sa okolnim atomima mo転e da ostvari etiri valentne veze, dok jedan elektron ostaje nepovezan jer nema sa kim da ostvari valentnu vezu Nepovezani elektron sa malim dodatkom energije prelazi u provodnu zonu kod ovako dopiranih poluprovodnika naru邸ena dinamika ravnote転a izmeu broja elektrona i 邸upljina u provodnoj zoni, jer je ni>pi Si Si Si Si As Si Si Si Si e-
  • 9. Poluprovodnici dopirani petovalentnim primesama nazivaju se poluprovodnicima N tipa i u provodnoj zoni imaju: Elektrone i 邸upljine nastale razgradnjom valentnih veza Elektrone koji su u provodnu zonu pre邸li iz donorskih atoma U provodnoj zoni preovlauju elektroni jer je broj elektrona i 邸upljina nastalih razgradnjom valentnih veza jedanak, a slobodni elektroni iz donorskih atoma koji prelaze u provodnu zonu ine da je ukupan broj elektrona u provodnoj zoni vei od broja 邸upljina u provodnoj zoni
  • 10. Dopiranje akceptorskim primesama Akceptorske primese su trovalentne Atom primese ima jedan elektron manje u valentnoj zoni od atoma silicijuma To ima za posledicu da u kristalnoj re邸etki, atom primese koji je zauzeo mesto atoma silicijuma sa okolnim atomima mo転e da ostvari tri valentne veze, dok jedan elektron iz valentne zone nekog od atoma silicijuma iz okru転enja ostaje nepovezan Nepovezani elektron iz atoma silicijuma koji se nalazi u okru転enju akceptorskog atoma privlai jedan elektron iz provodne zone, ostavljajui u provodnoj zoni 邸upljinu kod ovako dopiranih poluprovodnika naru邸ena dinamika ravnote転a izmeu broja elektrona i 邸upljina u provodnoj zoni, jer je pi>ni Si Si Si Si Ga Si Si Si Si p+
  • 11. Poluprovodnici dopirani trovalentnim primesama nazivaju se poluprovodnicima P tipa i u provodnoj zoni imaju: Elektrone i 邸upljine nastale razgradnjom valentnih veza upljine u provodnoj zoni nastale vezivanjem elektrona iz provodne zone i njegovim prelaskom u valentnu zonu neuparenog elektrona atoma silicijuma u neposredno okru転enju donorskog atoma U provodnoj zoni preovlauju 邸upljine jer je broj elektrona i 邸upljina nastalih razgradnjom valentnih veza jedanak, a nevezani elektroni iz silicjumskih atoma koji su u okru転enju akceptorskog atoma privlae elektrone iz provodne zone i ostavljaju 邸upljine u provodnoj zoni. Pokretljivost 邸upljina je oko 3 puta manja od pokretljivosti elektrona, tako da su bipolarni PNP tranzistori sporiji od NPN tranzistora
  • 12. Odreivanje koncentracije slobodnih nosilaca Na konstantnoj temperaturi sopstvena koncentracija slobodnih nosilaca poluprovodnika je A0 je eksperimentalno utvrena konstanta i iznosi Bolcmanova konstanta kT E ii g eTApn 0 3 0 22 == 33 0 1026,1 =A 63 2 mC atoma K eV k 5 1062,8 =
  • 13. Provoenje struje u poluprovodniku Provoenje pod dejstvom elektrinog polja (drift) Provoenje difuzijom Difuzione komponente struje postoje ako: Postoji razliita koncentracija slobodnih nosilaca u prostoru Taj uslov se lako ostvaruje ako se poluprovodnik razliito dopira Veem gradijentu koncentracije slobodnih nosilaca odgovara vea struja