Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar

Relevanta dokument
Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Varför Komponentfysik? Hålltider --- Ellära, Elektriska fält och potentialer

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

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

Föreläsning 2 - Halvledare

Föreläsning 11 Fälteffekttransistor II

Föreläsning 2 - Halvledare

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

Lösningar Tenta

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Tentamen i Komponentfysik ESS030, ETI240/0601 och FFF090

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Formelsamling för komponentfysik. eller I = G U = σ A U L Småsignalresistans: R = du di. där: σ = 1 ρ ; = N D + p n 0

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

Formelsamling för komponentfysik

Utredande uppgifter. 2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de tre fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Föreläsning 8 Bipolära Transistorer I

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

Tentamen i komponentfysik

Fasta tillståndets fysik FFFF05

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Föreläsning 8 Bipolära Transistorer I

2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de två fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

Föreläsning 1. Elektronen som partikel (kap 2)

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Elektronik EITA35: Elektronik. Erik Lind

Laboration: pn-övergången

I: Beskriv strömmarna i en npn-transistor i normal mod i de neutrala delarna av transistorn.

Fysik TFYA68. Föreläsning 5/14

Elektronik 2018 EITA35

Beskrivande uppgifter: I: Vad skiljer det linjära området och mättnadsområdet i termer av inversionskanal?

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Sensorer, effektorer och fysik. Grundläggande fysikaliska begrepp som är viktiga inom mättekniken

Elektronik 2015 ESS010

Komponentfysik ESS030. Den bipolära transistorn

Elektronik 2017 EITA35

Föreläsning 12 Bipolära Transistorer II. Funk<on bipolär transistor

Introduktion till halvledarteknik

Elektronik ESS 010 Elektronik. Erik Lind

Introduktion till halvledarteknik

Halvledare. Periodiska systemet (åtminstone den del som är viktig för en halvledarfysiker)

Föreläsning 3 Extrinsiska Halvledare

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

Sensorer och elektronik. Grundläggande ellära

ɛ r m n/m e 0,43 0,60 0,065 m p/m e 0,54 0,28 0,5 µ n (m 2 /Vs) 0,13 0,38 0,85 µ p (m 2 /Vs) 0,05 0,18 0,04

Vad är elektricitet?

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

Kvantfysikaliska koncept

Komponentfysik. - En introduktion. Anders Gustafsson Fasta tillståndets fysik Lunds Tekniska Högskola

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Introduktion till halvledarteknik

1. (a) (1 poäng) Rita i figuren en translationsvektor T som överför mönstret på sig själv.

Physics to Go! Part 1. 2:a på Android

Föreläsning 11 Bipolära Transistorer I. BJT Bipolar JuncDon Transistor. FunkDon bipolär transistor. DC operadon, strömförstärkning

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Vad är elektricitet?

När man förklarar experiment för andra finns det en bra sekvens att följa:

Optiska och elektriska egenskaper hos pn-övergången

Övningsuppgifter/repetition inom elektromagnetism + ljus (OBS: ej fullständig)

Kvantfysikaliska koncept

Föreläsning 3 Extrinsiska Halvledare

Optiska och elektriska egenskaper hos pn-övergången

Elektriska och magnetiska fält Elektromagnetiska vågor

Optiska och elektriska egenskaper hos pn- övergången

Föreläsnng Sal alfa

3.8. Halvledare. [Understanding Physics: ] Den moderna fysikens grunder, Tom Sundius

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum:

När man förklarar experiment för andra finns det en bra sekvens att följa:

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

12. Kort om modern halvledarteknologi

12. Kort om modern halvledarteknologi

Övningsuppgifter i Elektronik

Ett materials förmåga att leda elektrisk ström beror på två förutsättningar:

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Lablokalerna är i samma korridor som där ni gjorde lab1.

Fysik TFYA86. Föreläsning 8/11

Sensorer och brus Introduktions föreläsning

Repetition: Nätanalys för AC. Repetition: Elektricitetslära. Repetition: Halvledarkomponenterna

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Laborationer i miljöfysik. Solcellen

Med ett materials elektriska egenskaper förstår man helt allmänt dess ledningsförmåga, konduktans, och resistans Ohms lag:

Allmänt Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur. l A Allmänt. 8.1.

Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

8-10 Sal F Generellt om kursen/utbildningen. Exempel på nanofenomen runt oss

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

3.7 Energiprincipen i elfältet

Kvantfysikaliska koncept

KURSPROGRAM MODELLERING AV DYNAMISKA SYSTEM, 5hp, period 4

3.9. Övergångar... (forts: Halvledare i kontakt)

Föreläsning 10 (MOS)-Fälteffekttransistor I

Lab nr Elinstallation, begränsad behörighet ET1013 Likströmskretsar

Q I t. Ellära 2 Elektrisk ström, kap 23. Eleonora Lorek. Ström. Ström är flöde av laddade partiklar.

Transkript:

Komponentfysik 2014 Introduktion Kursöversikt Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar 1

Lite om mig själv Erik Lind (Erik.Lind@eit.lth.se) Lektor i nanoelektronik vid EIT sedan 2012 Docent i Fasta Tillståndets Fysik 2014-03-16 Introduction, High Speed Devices 2014 2

Kursöversikt 142 h föreläsningar 5+1 2 h övningar 2 laborationer med rapporter Förberedelseuppgifter inför varje lab! 10-12, E:1406 Se schema! Två grupper Börjar 7/4. Anmäl er via hemsidan kommer snart! 2 inlämningsuppgifter Deadlines: 28/3 och 9/5 Skriftlig tentamen 26/5 8-13 Formelsamling,Beteckningslista, Räknare, TeFyMa OBS! Laborationsrapporter OBS! Inlämning senast: En vecka efter labben Godkända senast: 13 juni! 3

Kurshemsida & Kompendium www.ftf.lth.se/courses/ess030 Uppdateras löpande med all information! Kompendium av Anders Gustafsson Laddas ner / Delas ut i pausen! Finns att ladda ner: Föreläsningsslides (kommer efterhand) Kursprogram Övningsuppgifter + Lösningar 2 Inlämningsuppgifter (kommer efterhand) 2 Labhandledningar E-tentor med lösningar 4

Lokaler för labbarna Mitt kontor: E2321 Laborationer i H 200 Eakt plats på hemsidan! 5

Komponentfysik? 1) Vad är en halvledare 2) Hur kan vi styra hur elektroner rör sig i en halvledare 3) Hur fungerar en diod/solcell/lysdiod 4) Hur fungerar en Bipolär Transistor 5) Hur fungerar en MOSFET? 6) Vad sätter hastigheten för en transistor? Varför går en CPU i ~5 GHz (och inte 5 MHz eller 5 THz?) 6

Varför Komponentfysik II Lysdiod Omvandlar elektrisk energi till ljus Hur fungerar en lysdiod? Hur får man olika färger? Hur fungerar en halvledarlaser? Solceller Omvandlar ljus till elektrisk energi Hur fungerar en solcell? Varför har en normal solcell bara ~20% effektivitet? Hur kan man göra den bättre? 7

För att bli godkänd på kursen Beskriva grundläggande begrepp inom halvledarfysiken Förklara hur strömmar och inbyggd spänning uppkommer i en diod Förklara funktionen hos transistorer och dioder Göra enklare beräkningar på strömmar i dioder och transistorer Förklara orsaken till frekvensberoendet hos en transistor Skriva strukturerade labrapporter 8

Föreläsningarnas struktur Svårigheter: Många nya begrepp Många nya beteckningar finns i beteckningslistan Många formler finns i formelsamlingen Bandstruktur, potential, diffusionsström, Fermienergi, dopning n, µ n, D n, D p, N D, N AB, E F, U th, kt, U bi, ev, F F. Hög nivå av abstraktion Relativt komplea system Kursmaterial: Lärobok Föreläsningsslides Övningar Formelsamling, Beteckningslista Föreläsningarna: Få matematiska härledningar Illustrera & förklara begrepp Ge eempel 9

Komponentfysik - Kursöversikt Bipolära Transistorer Optokomponenter pn-övergång: strömmar och kapacitanser Minnen: Flash, DRAM MOSFET: strömmar MOSFET: laddningar pn-övergång: Inbyggd spänning och rymdladdningsområde Dopning: n-och p-typ material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandgap Ellära: elektriska fält, potentialer och strömmar 10

Ellära: Laddningar E-Fält - Potential Elektrisk Laddning: z() [C m -3 ] Nettoladdning Elektriskt Fält: e() [V/m] Kraft på en elektron Elektrisk Potential: U() [V] Spänningsskillnad vad vi mäter med en voltmeter En elektrons potentiella energi 11

Laddning - Fält - Potential - Energi ---------------- Laddning (z ) -------------------------------------------------------------- 1 e e r 0 z d e e r 0 ε d () d --------------- Elektriskt fält (e) ------------- 1 e e r 0 z d e e r 0 d U( ) 2 d 2 ε d C du( ) d --------------- Elektrisk potential (U) ----------------------------------------------------- 12

Illustration: Plattkondensator =0 =d + + + + ε - - - - C ' e re 0 d Q CU ( F ( C / m / 2 2 m ) ) +Q -Q e U d ( V / m ) + - U OBS! Förväla inte ε 0 och ε r (permittivitet) med ε (elektriskt fält) 13

U (V) e (V/m) z Illustration: Plattkondensator =0 =d ε 1 z 1 ε z e re 0 e re 0 d U ε U ε d 14

U (V) e (V/m) z 2 minuters övning: skissa e() och U() =0 =d ε 1 z 1 ε z e re 0 e re 0 d U(0)=0 U ε U εd C 15

Elektriska Strömmar I Q t - Ström: Mängd laddning (Q) som passerar genom en yta under en viss tid (t) Driftström Elektroner som rör sig i elektriskt fält Ohms Lag Diffusionsström Elektroner som rör sig pga termisk energi 16

Driftström Ohms lag e J ( ) vd nε en( ) v d ( ) ( A/ 2 m ) J ( ) eµ nn( ) e ( ) ( A/ 2 m ) e=u DS /L µ n mobilitet för elektroner (m 2 /Vs) J =I/A strömtäthet (A/m 2 ) n koncentration av elektroner (m -3 ) =1/r=konduktans (S/m) I R 1 ea L A n nε enn Ohms lag. Resistorer. Fälteffekttransistorer. Solceller. 17

Elektriska Strömmar I Q t - Ström: Mängd laddning (Q) som passerar genom en yta under en viss tid (t) Driftström Elektroner som rör sig i elektriskt fält Ohms Lag Diffusionsström Elektroner som rör sig pga termisk energi 18

Diffusionsström Diffusion är en ström av partiklar från en hög koncentration mot en låg koncentration Fysikalisk bakgrund slumpvis termisk rörelse hos partiklar http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/lehre/envflu_i/related_resources/animations.htm 19

Diffusionsström matematiskt uttryck Diffusionsströmmen ges av gradienten av elektronkoncentrationen I n ea d d ( D n( )) n ea( kt e µ n ) dn( ) d n(0)=n 0 n(l)=n L Om I n är konstant n()=a+b! Kräver inget elektriskt fält n(0) n(l)=n L 20

Elektriska Strömmar I Q t - Ström: Mängd laddning (Q) som passerar genom en yta under en viss tid (t) Driftström Elektroner som rör sig i elektriskt fält Ohms Lag Diffusionsström Elektroner som rör sig pga termisk energi 21

Sammanfattning - Elektriska laddningar (z -> integrera -> elektriskt fält (e -> integrera -> potential - Driftström: bestäms av pålagt fält, laddningkoncentration och mobilitet. I drift ea nε n - Diffusionsström: bestäms av koncentrationsgradienten. I diffusion ead n dn( ) d AkTµ n dn( ) d 22

Sammanfattning - beteckningar U potential (V) e elektriskt fält (V/m) z elektrisk laddning (koncentration) (C/m 3 ) n: laddningskoncentration - elektroner (m -3 ) µ n : mobilitet (elektroner) (m 2 /Vs) I: ström (A) J: strömtäthet (A/m 2 ) r=1/ = resistivitet (ohm m) D n : diffusivitet (m 2 /Vs) k: Boltzmans konstant (1.38 10-23 ) (J/K) e: elementarladdningen: (1.602 10-19 C) e 0 : dielektricitetskonstant i vakuum (8.85 10-19 F/m) e r : relativ dielektricitetskonstant T: Temperatur (K) 2014-03-17 Föreläsning 1, Komponentfysik 2014 23