Komponen'ysik 2016 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! En grupp Börjar 11/4. Kommer snart mail för anmälan 2 inlämningsuppgi@er Deadlines: 7/4 och 2/5 Skri@lig tentamen 30/5 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 ak ladda ner: - Föreläsningsslides (kommer e'erhand) - Kursprogram - Övningsuppgi'er - 2 Inlämningsuppgi'er - 2 Labhandledningar - Ex- tentor, delvis 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 funkxonen hos transistorer och dioder Göra enklare beräkningar för dioder och transistorer Förklara orsaken Xll frekvensberoendet hos en transistor 5
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
Halvledare
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 2 3 4 5 6 12 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)
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: 10 30 m - 3 2 10 30 m - 3 9
ParXkel 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 10
10 23 - atomig molekyl energiband E Valenselektronerna delas mellan alla atomerna i kristallen! ~ 10 23 nivåer 1 cm x 11 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 12
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
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