Komponen'ysik Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik. Tel:

Transkript

1 Komponen'ysik 2016 Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik dan.hessman@ftf.lth.se Tel: man 1

2 Kursöversikt 14 2 h föreläsningar 5 2 h övningar 2 labora?oner Förberedelseuppgi=er inför varje lab! En grupp Börjar 11/4. Kommer snart mail för anmälan 2 inlämningsuppgi@er Deadlines: 7/4 och 2/5 Skri@lig tentamen 30/ Formelsamling,Beteckningslista, Räknare, TeFyMa 2

3 Kurshemsida & Kompendium Uppdateras löpande med all informaaon Kompendium av Anders Gustafsson Finns för nedladdning på hemsidan Finns så småningom ak ladda ner: - Föreläsningsslides (kommer e'erhand) - Kursprogram - Övningsuppgi'er - 2 Inlämningsuppgi'er - 2 Labhandledningar - Ex- tentor, delvis med lösningar 3

4 Lokaler för labbarna Labora?oner i H 200 Dan Hessman: B109 4

5 För ak bli godkänd på kursen Beskriva grundläggande begrepp inom halvledarfysiken Förklara hur strömmar och inbyggd spänning uppkommer i en diod Förklara funkxonen hos transistorer och dioder Göra enklare beräkningar för dioder och transistorer Förklara orsaken Xll frekvensberoendet hos en transistor 5

6 Föreläsningarnas struktur Svårigheter: Många nya begrepp Många nya beteckningar finns i beteckningslistan Många formler finns i formelsamlingen Bandstruktur, potenxal, diffusionsström, Fermienergi, dopning n, µ n, D n, D p, N D, N AB, E F, U th, kt, U bi, ev, Φ F. Hög nivå av abstrakxon RelaXvt komplexa system Kursmaterial: Lärobok Föreläsningsslides Övningar Formelsamling, Beteckningslista Föreläsningarna: Få matemaxska härledningar Illustrera & förklara begrepp Ge exempel 6

7 Halvledare

8 Halvledare II III IV V VI Grupp IV: Si, Ge Elektronik, CCD, solceller, indirekt bandgap Grupp III-V: GaP, GaAs, InGaAsP LED, lasrar, detektorer Grupp III-N: GaN, InGaN Blå (& vita) LED, UV lasrar Grupp II-VI: HgCdTe IR-kameror Mg 30 Zn 48 Cd 80 Hg 5 B 13 Al 31 Ga 49 In 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P 33 As 51 Sb 8 O 16 S 34 Se 52 Te Periodiska systemet (åtminstone den del som är vikxg för en halvledarfysiker)

9 Metall: ρ < 10-5 Ωm Isolator: ρ > 10 6 Ωm Halvledare Historisk definixon från resisxviteten ρ = 1 eµ n n Halvledare varierande ρ från olika n Total elektronkoncentraxon: m m - 3 9

10 ParXkel i en, två, tre och fyra lådor Bundna tillstånd Bundna tillstånd fi(x) -2 fi(x) x # x #10-8 Bundna tillstånd Bundna tillstånd fi(x) -2 fi(x) x # x #

11 atomig molekyl energiband E Valenselektronerna delas mellan alla atomerna i kristallen! ~ nivåer 1 cm x nm 1 cm x,y, z 1 cm

12 Valens- och ledningsband vid T=0K E Ledningsband Valensband: Det högsta bandet som har elektroner Valensband Ledningsband: Nästa högre band Metall: Valensbandet halvfullt med elektroner Halvledare / Isolator: Valensbandet fullt med elektroner x,y, z 12

13 Metall Halvledare - Isolator Energi (ev) Ledningsband Metall Ledningsband E g Halvledare 0 < E g < 4 ev Si: E g =1.12 ev Ge: E g =0.67 ev GaN: E g =3.42 ev Ledningsband E g Ledningsband Isolator E g >4eV SiO 2 : E g =9 ev Diamant (C): E g =5.5 ev Valensband Valensband Valensband Valensband 13 x

14 Vilka material är halvledare? Valensskal plats för 8 elektroner Valensbandet fullt: varje atom känner av 8 valenselektroner IV, III- V, II- VI III B Al Ga In IV C Si Ge Sn V N P As Sb C GaP Si Ge InAs Sn (Tenn) E g 5.5 ev 2.24 ev 1.12 ev 0.67 ev 0.34 ev 0 Typ Isolator Hal vle da re Metall 14