Date post: | 05-Mar-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | momitzaxxx |
View: | 99 times |
Download: | 8 times |
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 1
DISPOZITIVE ELECTRONICE
Prof. univ. dr. Dan Sachelarie
BAZELE FIZICII SEMICONDUCTORULUI
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 2
Potenţial, tensiune, câmp electric
0 1 2 x (cm)
4
2
A
B
φ (V)
••
0 1 2 x (cm)
2
E (V/cm)
E
φA = 4 V, φB = 2 V
• Tensiune electrică, V
• Câmp electric, E
dx
dE
cm
V2
12
24
x
E
V2V2V4 BAABV
• Potenţial electric, φ
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 3
Purtători de sarcină – Forţa electrică
C106,1 19q• Sarcina electrică fundamentală
• Purtători de sarcină
goluri :
electroni : 0 qqn
0 qqp
• Forţa electrică EQFE qFn
E qFp
pFE
nF+
_
+q
‒q
N1m1
V1C1
m1
V11
CF J1mN1VC1
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 4
Viteza de drift – Mobilitate electrică
• Mobilitatea electrică
• Viteza de driftpF
E
nF+
_
+q
‒q nv
pv
s
cm107
max, dv
E mt
QvtvaamF
E,,
sV
cm10~,
sV
cm 23
2
Ennv
Eppv
μn – mobilitatea electronilor
μp – mobilitatea golurilor
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 5
Curent electric de conducţie (de drift)
AJI [ I ] = A, [ J ] = A/cm2
I - curent de drift, J – densitatea de curent
vitezacm
purtatoriieconcentratsarcina
3J
pp vpqJ
nn vnqJ Jn – curent de drift de electroni
Jp – curent de drift de goluri
n – număr de electroni/cm3
Exemplu: n = 1010 electroni/cm3 = 1010 cm-3
[ n ], [ p] = cm-3
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 6
Curent total de drift
Eppp qpvqpJ
EpqJ pp
Ennn qnvqnJ
EnqJ nn
pJ
Epv
+
_ nvnJ
+
_
pntotal JJJ
E pnqJJJ pnpntotal
•
•
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 7
Metal – Semiconductor - Izolator
• Corp solid : Natomi ≈ 1023 cm-3, nelectroni ≈ 1025 cm-3
• Exemplu: L = 1 cm, A = 1 cm2, V = 1V, μ = 103 cm2/Vs
E = 1 V/1 cm = 1 V/cm, v = μE = 103 cm/s
• Metal: n ≈ 1018 cm-3
I = qAvn = 1,6x10-19 C x 1 cm2 x 103 cm/s x 1018 cm-3 = 102 C/s =102 A
• Semiconductor: n ≈ 1010 cm-3
μA1A1010
A100 68 I
• Izolator: n ≈ 103 cm-3
pA1,0A1010
A100 1315 I
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 8
Semiconductoare – Reţele cristaline
• SemiconductoareGrupa IV din tabelul periodic
(a) amorf (b) cristalin (c) policristalin
• Reţele cristaline
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 9
Celule cristalografice elementare - Siliciu
(a) cubică simplă (b) cubică cu volum centrat
(c) cubică cu feţe centrate
• Celule elementare cubice
• Structura cristalografică a siliciului : tip zincblendă formată din două celule cubice cu feţe centrate
• constanta de reţea
a = 5,43 Å
1 cm = 104 μm = 108 Å
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 10
Atom de siliciu izolat
nucleu
orbite de valenţă
• 1 atom Si = 14 electroni +1 nucleu (14 protoni)
Qatom = +14q - 14q = 0 C
• nucleul + 10 electroni = miezul atomic
• 4 electroni de valenţă
Qmiez = +14q - 10q = +4q
electron
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 11
Atom de siliciu în reţea
electron de valenţă
miez atomic electron liber
legătură covalentă
gol
0,5 Ǻ
2,35 Ǻ
miez atomicorbita de valenţă
• Legături covalente
1 atom de Si are:• 4 atomi vecini• 4 electroni de valenţă• 4 orbite libere
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 12
Vibratiile reţelei cristaline
+4q
+4q
+4q
+4q+4q1F
2F
4F
3F
• Vibraţia miezurilor atomice
• - forţe coulombiene de respingereF
• Reţeaua ≡ lanţ de arcuri elastice
vibvib ETq
kTE 3
• T = C + 273 ⁰ - temperatura absolută
• [ E ] = [ T ] = Joule (J)
• k = 1,38 x 10-23 J/K - constanta lui Boltzmann
• 1 K = k·1 J
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 13
Electronvolt – Temperatura camerei• Electronvoltul
• Temperatura camerei:
• La T = 300 K:
V11eV1 q J106,1eV1 19
K30027327 T
Regula lui 26 mV:
Regula lui 60 mV:
eV1026meV26 3kT mV26q
kT
mV6010ln q
kT
meV392
3 kTEvib
Energia de vibraţie:
1. Atomic
2. Electronic:
3. Termic:
4. Staţionar:
D. Sachelarie, ED, Lecture BASICS, Slide 14
Echilibru termodinamic – Viteza termică• Echilibrul termodinamic:
• Viteza termică
0,0,0 pn JJV
K300.cst T
.cst)( tf
2
2Tn
vib
vmE
Kg109 31nm
cm/s107Tv 0Tvv
Tv