PodstEle w2, Informacje na temat różnych dziedzin w PDF, Podstawy elektroniki i elektrotechniki, ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->____________________________________________________________________________________________________________________________________________2. Półprzewodniki_________________________________________________________________________________________________________Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 21___________________________________Półprzewodniki to materiały, których rezystywność jest większa niżrezystywność przewodników (metali) oraz mniejsza niż rezystywnośćizolatorów (dielektryków).Przykłady:miedź-doskonały przewodnik-ma rezystywność 10-8Ωmmika - bardzo dobry izolator -ma rezystywność ok.1014Ωmkrzem -najpowszechniej stosowany półprzewodnik-ma rezystywność ok.2x103Ωm__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Ta definicja ta jest uproszczona bowiem.........Rezystywność (inaczej: opór właściwy, oporność właściwa) jest to rezystancja bryły materiału odługości 1 m i o polu przekroju 1 m2.Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 22___________________________________Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościamielektrofizycznymi półprzewodników, przewodników idielektryków.Podstawowe własności różniące półprzewodniki i przewodniki:-rezystywność półprzewodników silnie zależy od znikomo małychzanieczyszczeń materiału(zanieczyszczenia wprowadzane celowo nazywasię domieszkami);-na rezystywność półprzewodników duży wpływ ma różnego rodzajupromieniowanie zewnętrzne;-temperaturowywspółczynnik rezystancji półprzewodników ma dużeujemne wartości (ze wzrostem temperatury rezystywność półprzewodnikamaleje o ok. 5-10% na 1°C)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Temperaturowy współczynnik rezystancji w przewodnikach ma wartościmałe i na ogół dodatnie (ze wzrostem temperatury rezystywność zwiększasię o ok. 0,3-0,6% na 1°C).Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 231___________________________________Krzem Si (silicium)Podstawowym materiałem półprzewodnikowyKrzem stanowi ok. 28% skorupy ziemskiejWystępuje w postaci utlenionej jako składnikpiasku i skał (krzemionka)Czternasty pierwiastek w układu okresowego__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Do wykorzystaniakrzemu w elektroniceniezbędne jest posia-danie tego materiałuw postacimonokryształukrzemWojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 24___________________________________Schematycznailustracja strukturyatomu krzemu:a)z uwzględnieniemwszystkich orbitelektronowychb) w postaci rdzeniaatomu i czterechelektronównaorbicie walencyjnej_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________AtomuSi na powłoce K ma 2 elektrony, na L ma 8 elektronów, a na M ma 4elektronyElektrony ulokowane na zewnętrznej powłoce określa się jako walencyjne.Są one najsłabiej związane z jądrem i biorą udział we wszelkich wiązaniachatomu z innymi atomami i decydują o właściwościach pierwiastka.Dlatego dla uproszczenia atom krzemu przedstawiony w postaci czterechelektronów na orbicie walencyjneji tzw. rdzenia atomu Si+4zawierającego jądrowraz ze wszystkimi elektronami orbit wewnętrznych.Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki-wykład 2___________________________________5W ciałach stałych odległościmiedzyatomami są małe, dlatego istnieją duże siływzajemnego oddziaływania. Powoduje to uporządkowanie atomówwregularnąsieć o komórkachokresowo powtarzającychsię w przestrzeni.Sieć taka zwana jest siecią krystaliczną.Jeśli okresoweuporządkowanie budowy jest zachowanew całej bryle ciałastałego,to taki materiałnazywamymonokryształem.Wiązania międzyatomowe w krzemie sątypu kowalencyjnego.Ten typ wiązań występuje we wszystkich półprzewodnikach.Atom krzemu ma trwałą (najbardziej korzystną energetycznie) strukturę ośmio-elektronową,gdyż oprócz własnych czterechelektronówwalencyjnychmadodatkowe cztery elektrony walencyjnewspólne dla czterech atomów sąsied-nich.Płaskimodelwiązańkowalencyjnychatomu krzemu z czterema atomamisąsiednimi_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________6Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki-wykład 22_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 27_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki-wykład 28___________________________________ENERGETYCZNY MODEL PASMOWY CIAŁ STAŁYCH______________________________________________________________________W krysztale na skutek wzajemnych oddziaływań atomów, następujerozszczepienie poziomów energetycznych i otrzymuje się pasma odozwolonych lub niedozwolonych poziomach w ramach danego zakresuzmian energii.Właściwości elektryczne półprzewodnika zależą od zjawisk zachodzącychw pasmie walencyjnym i kolejnym wyższym pasmie dozwolonych energii tjw pasmie przewodnictwa, model pasmowy ogranicza się doprzedstawienia tych właśnie dwu pasm.Odstęp między wierzchołkiem pasma walencyjnego, a dnem pasmaprzewodnictwa jest nazywany pasmem zabronionym.____________________________________________________________________________________________________________________________________________Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 293_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Energetyczny model pasmowy: a) dla przewodnika, b) dla półprzewodnika,c) dla dielektryka; W – energia, x – wymiar w głąb struktury ciała stałego______________________________________________________________________Elektronowolt (eV) jest jednostką energii stosowaną w elektronice. Jest to energia uzys-kana przez elektron pod wpływem potencjału 1 V (1 eV = 1,602Χ10-19J).Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 210___________________________________W energetycznym modelu pasmowym przewodnika (metalu) nie ma pasmazabronionego. Pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa wzajemniezachodzą na siebie.Wszystkie elektrony walencyjne są nośnikami swobodnymi iprocesprzewodzenia prądu nie musi być poprzedzony dostarczeniemodpowiedniejenergii do pokonania pasma zabronionego ponieważ pasma zabronionegonie ma.W energetycznym modelu pasmowym półprzewodnika występuje pasmowalencyjne, pasmo zabronione i pasmo przewodnictwa.W temperaturze zera bezwzględnego pasmo walencyjne półprzewodnika jestcałkowicie zapełnione elektronami a pasmo przewodnictwa jest całkowiciepuste.W miarę wzrostu temperatury część elektronów z pasma walencyjnegopokonuje pasmo zabronione i przeskakuje do pasma przewodnictwa,pozostawiając w pasmie walencyjnym wolne miejsca zwane dziurami. Takiproces jest nazywanygeneracją par elektron dziura.Szerokość pasma zabronionego jest wartością energii, jaką trzebadostarczyć do sieci krystalicznej, aby proces generacji par elektron- dziuramiał miejsce.Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 2__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________11______________________________________________________________________W energetycznym modelu pasmowym dielektryka występuje pasmowalencyjne, pasmo zabronione i pasmo przewodnictwa.Dielektryki różnią się od półprzewodników tym, że mają większą szerokośćpasma zabronionego.Oznacza to, że w tych samych warunkach mniejsze jestprawdopodobieństwo przeskoku elektronów z pasma walencyjnego dopasma przewodnictwa.Brak nośników w pasmie przewodnictwa powoduje, że rezystywnośćmateriału jest bardzo duża._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 2124___________________________________WYJAŚNIENIE POJĘCIA DZIURYDziura jest zerwanym wiązaniem kowalencyjnym dwóch atomów, powstałymwskutek wyrwania elektronu z tego wiązania.W tych warunkach istnieje duże prawdopodobieństwo przejścia elektronu zjednego z sąsiednich wiązań międzyatomowych do luki utworzonej wzerwanym wiązaniu.Takiemu przejściu elektronu odpowiada przesunięcie dziury w kierunkuprzeciwnym.W przypadku braku zewnętrznego pola elektrycznego ruch dziur jestnieuporządkowany.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________W przypadku działania pola elektrycznego następują kolejne przesunięciaelektronów z wiązań kowalencyjnych do sąsiednich luk w zerwanychwiązaniach.Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 213___________________________________Kierunek tego „sztafetowego” ruchu elektronów ma składową zgodną zkierunkiem działania pola elektrycznego.Opis takiego „sztafetowego” ruchu elektronów zajmujących kolejnopuste miejsca w zerwanych wiązaniach byłby bardzo trudny. Dlatego dlauproszczenia wprowadzono pojęcie dziury._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Ilustracja transportu dziury; t1 < t2 < t3Dziurze przypisano ładunek dodatni, równy co do wielkości bezwzględnejładunkowi elektronuW modelu pasmowym dziura jest pustym poziomem energetycznym wpasmie walencyjnym.Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki-wykład 2___________________________________14___________________________________PÓŁPRZEWODNIK SAMOISTNY I NIESAMOISTNYPółprzewodnik idealnie czysty, nie mający żadnych domieszek idefektów sieci krystalicznej nazywamy samoistnym.Ilość elektronów w półprzewodniku samoistnym jest zawsze równailości dziur:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ni= pini- koncentracja elektronów, pi- koncentracja dziur;indeks ang. intrinsic - samoistny.Materiały półprzewodnikowe mają zanieczyszczenia wprowadzaneumyślnie nazywane domieszkami. Takie półprzewodniki nazywamyniesamoistnymi.W półprzewodnikach niesamoistnych obok zjawiska samoistnegopowstawania swobodnych elektronów i dziur, istotną rolę odgrywajądodatkowe mechanizmy powstawania nośników swobodnych ładunku.Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 2155
[ Pobierz całość w formacie PDF ]