Komponen'ysik 2014 Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik dan.hessman@ftf.lth.se Tel: 046-222 0337 man 1
Kursöversikt 14 2 h föreläsningar 5 2 h övningar 2 labora>oner Förberedelseuppgi>er inför varje lab! Två grupper Börjar 20/4. Kommer snart mail för anmälan 2 inlämningsuppgi?er Deadlines: 7/4 och 11/5 Skri?lig tentamen 1/6 8-13 Formelsamling,Beteckningslista, Räknare, TeFyMa 2
Kurshemsida & Kompendium www.>f.lth.se/courses/ess030 Uppdateras löpande med all informaaon Kompendium av Anders Gustafsson Finns för nedladdning på hemsidan Finns så småningom ap ladda ner: Föreläsningsslides (kommer e'erhand) Kursprogram ÖvningsuppgiEer 2 InlämningsuppgiEer 2 Labhandledningar Ex- tentor med lösningar 3
Lokaler för labbarna Labora>oner i H 200 Dan Hessman: B109 4
För ak bli godkänd på kursen Beskriva grundläggande begrepp inom halvledarfysiken Förklara hur strömmar och inbyggd spänning uppkommer i en diod Förklara funkzonen hos transistorer och dioder Göra enklare beräkningar på strömmar i dioder och transistorer Förklara orsaken Zll frekvensberoendet hos en transistor 5
Föreläsningarnas struktur Svårigheter: Många nya begrepp Många nya beteckningar finns i beteckningslistan Många formler finns i formelsamlingen Bandstruktur, potenzal, 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 abstrakzon RelaZvt komplexa system Kursmaterial: Lärobok Föreläsningsslides Övningar Formelsamling, Beteckningslista Föreläsningarna: Få matemazska härledningar Illustrera & förklara begrepp Ge exempel 6
Metall: ρ < 10-5 Ωm Isolator: ρ > 10 6 Ωm Halvledare Historisk definizon från resiszviteten ρ = 1 eµ n n Halvledare varierande ρ från olika n Total elektronkoncentrazon: 10 30 m - 3 2 10 30 m - 3 7
ParZkel i en, två, tre och fyra lådor Bundna tillstånd Bundna tillstånd 0 0-0.5-0.5-1 -1-1.5-1.5 fi(x) -2 fi(x) -2-2.5-2.5-3 -3-3.5-3.5-4 -4-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x #10-8 -1-0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x #10-8 Bundna tillstånd Bundna tillstånd 0 0-0.5-0.5-1 -1-1.5-1.5 fi(x) -2 fi(x) -2-2.5-2.5-3 -3-3.5-3.5-4 -4-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x #10-8 -1-0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x #10-8 8
10 23 - atomig molekyl energiband E Valenselektronerna delas mellan alla atomerna i kristallen! ~ 10 23 nivåer 1 cm x 9 0.1 nm 1 cm x,y, z 1 cm
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 10
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 11 x
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 12