Atomen. Introduktion till optronik. Atomens bindningsenergi. Energinivådiagram. Atomär övergång. Vågfunktioner

Relevanta dokument
E F. pn-övergång. Ferminivåns temperaturberoende i n-dopade halvledare. egen ledning. störledning

Föreläsning 3 Extrinsiska Halvledare

Föreläsning 3 Extrinsiska Halvledare

Lektion 3 Kärnan Bindningsenergi och massdefekt

RSJE10 Radiografi I Delkurs 2 Strålning och teknik I. Del 2 Röntgenrörets uppbyggnad. Lena Jönsson Medicinsk strålningsfysik Lunds universitet

Hambley avsnitt 12.7 (även 7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar)

Hambley avsnitt 12.7 (även 7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar)

Föreläsning 10 (MOS)-Fälteffekttransistor I

Elektromagnetisk strålning. Spektrofotometri. Absorbans / Emission. Elektromagnetiskt spektrum

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 14 dec 2009 klockan 14:00 19:00.

Armin Halilovic: EXTRA ÖVNINGAR

Föreläsning 8 pn- övergången

. Mängden av alla möjliga tillstånd E k kallas tillståndsrummet.

Torsdag 16 oktober: Klassisk fysik- Modern Fysik -Teknologi (Arne)

a utsöndring b upptagning c matspjälkning d cirkulation

Borel-Cantellis sats och stora talens lag

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 1.1

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 4 (del 1)

Föreläsning G04: Surveymetodik

Stort massflöde Liten volym och vikt Hög verkningsgrad. Utföranden Kolv (7) Skruv (4) Ving (4) Roots (1,5) Radial (2-4) Axial (1,3) Diagonal.

Tentamen i matematisk statistik, Statistisk Kvalitetsstyrning, MSN320/TMS070 Lördag , klockan Lärare: Jan Rohlén

b 1 och har för olika värden på den reella konstanten a.

Stat. teori gk, ht 2006, JW F13 HYPOTESPRÖVNING (NCT ) Ordlista till NCT

LÖSNINGAR TILL. Räkningar: (z i z) 2 = , Δ = z = 1 n. n 1. Konfidensintervall:

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 HL Z x x x

Genomsnittligt sökdjup i binära sökträd

Fyra typer av förstärkare

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Plan rörelse, kinematik och kinetik

Duo HOME Duo OFFICE. Programmerings manual SE

TENTAMEN I MATEMATISK STATISTIK Datum: 13 mars 08

1. Test av anpassning.

Föreläsning 5 pn-övergången II: Spänning&ström

1. (a) Eftersom X och Y har samma fördelning så har de även samma väntevärde och standardavvikelse. E(X 2 ) = k

Tentamenskrivning, , kl SF1625, Envariabelanalys för CINTE1(IT) och CMIEL1(ME ) (7,5hp)

Innehåll. Kvantfysik. Kvantfysik. Optisk spektroskopi Absorption. Optisk spektroskopi Spridning. Spektroskopi & Kvantfysik Uppgifter

IAB Sverige Juni 2017

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

2. Konfidensintervall för skillnaden mellan två proportioner.

Egna funktioner. Vad är sin? sin är namnet på en av många inbyggda funktioner i Ada (och den återfinns i paketet Ada.Numerics.Elementary_Functions)

Datorövning 2 Fördelningar inom säkerhetsanalys

Lycka till! I(X i t) 1 om A 0 annars I(A) =

Nr Bilaga 1. Det rekommenderade värdet för flödestätheten i ett statiskt magnetiskt fält (0 Hz).

Digital signalbehandling Alternativa sätt att se på faltning

Övning 3 - Kapitel 35

Minsta kvadrat-metoden, MK. Maximum likelihood-metoden, ML. Medelfel. E(X i ) = µ i (θ) MK-skattningen av θ fås genom att minimera

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 4 (del 2)

2.6.2 Diskret spektrum (=linjespektrum)

Trigonometriska polynom

ENDIMENSIONELL ANALYS B1 FÖRELÄSNING VI. Föreläsning VI. Mikael P. Sundqvist

Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

Applikationen kan endast användas av enskilda användare med förtroenderapportering.

För att skatta väntevärdet för en fördelning är det lämpligt att använda Medelvärdet. E(ξ) =... = µ

Induktion och Binomialsatsen. Vi fortsätter att visa hur matematiska påståenden bevisas med induktion.

Föreläsning 2 - Halvledare

Matematisk statistik TMS063 Tentamen

NEWTON-RAPHSONS METOD (en metod för numerisk lösning av ekvationer)

TENTAMEN Datum: 16 okt 09

RÄKNESTUGA 2. Rumsakustik

b) Bestäm det genomsnittliga antalet testade enheter, E (X), samt även D (X). (5 p)

Introduktion till statistik för statsvetare

Pla$kondensator - Fälteffekt

Översikt av ouppklarade fall av dödligt våld i Skåne under tiden och framåt i tiden.

Tentamen 19 mars, 8:00 12:00, Q22, Q26

TAMS15: SS1 Markovprocesser

1. Hur gammalt är ditt barn?

(a) Skissa täthets-/frekvensfunktionen och fördelningsfunktionen för X. Glöm inte att ange värden på axlarna.

θx θ 1 om 0 x 1 f(x) = 0 annars

Kompletterande kurslitteratur om serier

Översikt av ouppklarade fall av dödligt våld i Skåne under tiden och framåt i tiden.

Bilaga 1 Formelsamling

Lärarhandledning Att bli kvitt virus och snuva - När Lisa blev av med förkylningen

Lecture 6 Atomer och Material

Föreläsning 2 - Halvledare

Lösning till tentamen för kursen Log-linjära statistiska modeller 29 maj 2007

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna Föreläsning 26, 9/2 2011: y + ay + by = h(x)

Vad är elektricitet?

Grundläggande matematisk statistik

SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse

Vad är det okända som efterfrågas? Vilka data är givna? Vilka är villkoren?

TENTAMEN I MATEMATISK STATISTIK

4.2.3 Normalfördelningen

Z-Testet. Idè. Repetition normalfördelning. rdelning. Testvariabel z

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Statistisk analys. Vilka slutsatser kan dras om populationen med resultatet i stickprovet som grund? Hur säkra uttalande kan göras om resultatet?

god stiftelsepraxis

Linjär Algebra (lp 1, 2016) Lösningar till skrivuppgiften Julia Brandes

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

Tentamen i Kunskapsbaserade system, 5p, Data 3

Digital signalbehandling Fönsterfunktioner

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

Tentamen i Statistik, STA A10 och STA A13 (9 poäng) 26 mars 2004, klockan

Tunnling. Förra gången: Spridning mot potentialbarriär. B T T + R = 1. Föreläsning 9. Potentialmodell (idealiserad): U = U B U = 0

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Datastrukturer och algoritmer

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV HÖGRE ORDNINGEN

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

Sannolikheter 0 < P < 1. Definition sannolikhet: Definition sannolikhet: En sannolikhet kan anta värden från 0 till 1

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

c n x n, där c 0, c 1, c 2,... är givna (reella eller n=0 c n x n n=0 absolutkonvergent om x < R divergent om x > R n n lim = 1 R.

Transkript:

Atome Itroduktio till otroik Jörge Larsso, Fysiska Istutioe Luds Tekiska Högskola Atomes kära består av rotoer och eutroer 3s 2 Natrium eg:sodium Atomes bidigseergi Eergiivådiagram 3s 2 Elektroera har elektrisk otetiell eergi och rörelseeergi Ma måste tillföra eergi för att flytta elektroera lågt bort frå atome 3s 2 0 ev 1,51 ev Elektro eergi = 4 = 3 3s,... Dea extra eergi kallas för bidigeergi 3,40 ev = 2,2 Bidigseergi för olika tillståd brukar visas i eergiivådiagram 13,6 ev = 1 Väteatome Vågfuktioer I kvatmekaike rereseteras artiklara av vågfuktioer, Ψ(x). Ψ(x) 2 dx rereseterar saolikhete (itesitete) att hitta artikel mella ukte x och x dx. Atomär övergåg Electro Nucleus Photo

När e elektro byter tillståd så utsäds e foto med frekves f, där h f = ( > ) foto Väteatome I e kvatmekaisk beskrivig av väteatome karakteriseras (umreras) tillståde av 4 olika kvattal, ( är ett kvattal som kallas huvudkvattal). 0 ev 1,51 ev 3,40 ev Elektro eergi = 4 = 3 = 2 Exciterade tillståd Bohrs väteatom Lije sektra Geom att utyttja att är e elektro byter tillståd så utsäds e foto med frekves f, där h f = ( > ) så ka ett uttryck för lijesektra härledas Emissioslijer: E elektro går frå ett högre till ett lägre tillståd, och e foto utsäds. Absortioslijer: oto absorberas och e elektro går frå ett lägre till ett högre tillståd. Emissioslijer 13,6 ev = 1 Grudtillståd Absortioslijer Tre fudametala övergågar (stimulerad) absorbtio, fotoe absorberas foto sota emissio, fotoe säds ut sotat i e slummässig riktig, stimulerad emissio, e ikommade foto stimulerar emissioe; karateriseras av oto kommer i och två går ut. Ikommade och utgåede foto har samma eergi. De utsäda fotoe rör sig i samma riktig som de ikommade. foto foto Laser Poulatiosiversio Laser bygger å feomeet stimulerad emissio. LASER = Light Amlificatio by the Stimulated Emissio of Radiatio För att stimulerad emissio ska kua ske så måste det fias elektroer i det högre eergitillstådet. Elektroera ka exciteras t ex geom elektrisk urladdig. När fler elektroer fis i det högre ä lägre eergitillstådet så kallas det för oulatiosiversio. Normal oulatio Iverterad oulatio

Laserförstärkare Eergi i Ikoheret ljus frå urladdigslama Sabbt söderfall via sota emissio Segel Laseroscillator Eergi i Laser Egeskaer Laser har bl a följade egeskaer Ljustråle är mycket smal Ljuset är arallellt Ljusitesitete ka vara mycket hög Laserljuset är moochromatiskt, dvs har e give våglägd. Laserljuset är koheret Lasertillämigar Miljömättekik Medici

Molekylära bidigar Jobidigar Elektroer frå e atom går till e aa. Detta gör att vi får e ositivt laddad jo och e egativt laddad jo. Dessa attraheras av varadra via elektrostatiska krafter. Kovaleta bidigar Elektroer i valesskale delas. Detta ger e totaleergi som är lägre ä för två searata atomer. Molekylära bidigarjobidig Na 3s 2 Ledig lats i skalet Cl 2 3s Jobidigar Elektroer frå e atom går till e aa. Detta gör att vi får e ositivt laddad jo och e egativt laddad jo. Dessa attraheras av varadra via elektrostatiska krafter. Molekylära bidigarkovaleta bidigar Molekylära bidigarkovaleta bidigar H H H 2 Ψ s Symmetric Ψ s Ψ s 2 Bodig Ψ A Atisymmetric Ψ s Ψ s 2 Atibodig Kovaleta bidigar. När atomera kommer tillräckligt ära ka totala eergi i systemet säkas om de två atomera delar å elektroera. Eergiivådiagram i fasta materialbadstruktur Eergibad i Natrium 3s Eergibad i Kol (Diamat) Metaller, halvledare och isolatorer Badga Eergi 2 Eergi 2 Eergi Isolator Halvledare Ledare (Metaller) Lägsta eergi Searatio mella atomer Lägsta eergi Searatio mella atomer Fria atomer (gasfas) har diskreta ivåer som ger uhov till lijesektra. I fasta material fis istället breda eergibad. Det översta badet kallas för ledigsbad och däruder valesbadet. Electroer som fis i ledigsbadet ka röra sig fritt i materialet. I metaller överlaar valesbadet och ledigsbadet, dvs det fis måga fria laddigar i metaller.

Fermiivå Besättigsgrad i ledare Kovaleta bidigar i Kisel Täthet av eergitillståd 2 ρ(e)= 7/2 m 3/2 π (Ε Ε ga ) 1/2 h 3 Ledare vid rumstemeratur Ledare vid 0K Fermiivå Saolikhet att tillståd är besatt i e halvledare Ledigsbad Ledigsbad Ledigsbad E g Fermiivå Eg 2 Eg 2 T=0K Låg temeratur Hög temeratur Valesbad Valesbad Valesbad Doig Geom att tillföra ett litet atal atomer med aat atal valesatomer ka vi kraftigt förädra halvledares ledigsegeskaer. Detta kallas doig. Detta är grude till ett ämesområde som kallas otroik. Otroik beskriver fysike bakom t.ex. lysdioder, laserdioder, fotodioder CCD kameror m.m. Fermiivå Ny besatt ivå Ndoig P Aväds för doig B C N 2 2 2 2 2 2 2 3 Al P 3s 2 3 3s 2 3 2 3s 2 3 3 Ga Ge As 4s 2 4 4s 2 4 2 4s 2 4 3 I S Sb 5s 2 5 5s 2 5 2 5s 2 5 3 Halvledare som är valigt förekommade i elektroiska komoeter Aväds för doig Pdoig Arbetsfuktio och Kotaktotetial Ledigsbad Φ A A E FA B ΦB E FB Valesbad Ny obesatt ivå Fermiivå B A E FA Φ BΦ A B E FB Φ B Φ A A B E F

PNövergåg PNövergåg doad halvledare P Utarmigs område N doad halvledare elektro hål Negativ jo frå fyllt hål Positiv jo ga elektro som lämat atome doat övergåg doat Valesbad Eergibad uta försäig Ledigsbad PNövergåg Framsäd PNövergåg I Ledigsbad doat övergåg doat Valesbad Eergibad vid framsäig Backsäd V Framsäd Lysdiode Lysdiode Hål Elektro doat skikt aktivt skikt doat skikt Substrat

100% reflekterade yta Laserdiode Delvis reflekterade yta Backsäd PNövergåg Ledigsbad Laser strålig doat doat övergåg Valesbad Utarmigs regio Fotodiode CCDkamera hål elektro i Aktiv yta Klocka Syk. Klocka Photocurret R ADC Horisotellt shift register Utläsigsregister CCDkamera CCDkamera V Gate Oxidskikt N Kaalgräs Ljuset geererar ett elektrohål ar Utarmigsskikt Gate P (substrat) Pixel

CCDkamera Accumulerig CCD kamera (färg) Hög bias Pixel Pixel Hög bias Hög bias Skiftsekves Hög bias Pixel Pixel Hög bias Hög bias Bayer filter Algoritmer som för att räka ut färge i e viss ixel också aväder agräsade ixlar aväds. Kameror med roterade filter eller med flera CCDchi förekommer också CCDlikade detektorer Backthied CCD Substratet tuas ed så att fotoera ite behöver gå igeom gate och oxidlager. Detta ger högre käslighet för kortvågigt ljus Goig from 5 Hz to 1 khz i siglehoto coutig Not ossible to do trasfer image ad do aalysis o comuter at 1 khz. 10 Mhz ixel rate 512*512 ixels > 40 Hz. Ochi image rocessig ecessary CID Lik CCD kamera, me varje ixel är addresserbar och laddige i e ixel ka mätas flera gåger CMOSVarje ixel har si ege förstärkare som mäter laddige. Sämre ackigstäthet ä CCD Vi skiljer å två huvudtyer: Detektorer Termiska detektorer, där detektortemerature ökar ga strålige. Temerature mätes och ger ett mått å stråligsitesitete. Termiska detektorer Väggar (värmesäka) Absorbator (Käselkro) Kvat detektorer, där eskilda fotoer ger uhov till elektroer som ka registreras i form av e ström eller säig. Temerature hos käselkroe mäts. Beroede å hur ma mäter temerature har detektor olika am

Termoelektrisk detektor Bolometer Absorbator (Käselkro) Väggar (värmesäka) R L I I R S Absorbator Termoelemet R L R L V Kvatdetektorer Fotomultilikator Fotodiod Fotomultilikator Streakcamera Bildförstärkare elektroer Fotokatod Vacuumrör R V Tyiskt 1000V mella aod och katod Svarstid 1 s Käslig 900 m 200m Kvateffektivitet 20% 1 foto ka ge uhov till 10 7 sekudärelektroer Xray Streak Cameras Xray Streak Cameras CsI Photocathode V Phoshor Scree CsI Photocathode V Late electros Early electros Phoshor Scree Xrays t Xrays t Electro ulse Acceleratig mesh Swee Plates Acceleratig mesh Swee Plates Electro buch is streaked i time.

Bildförstärkare Bildförstärkare Bildförstärkarefotokatod Bildförstärkarefosfor Tye Colour Efficiecy % Efficiecy Photos Decay Characteristic Otical Watts Nits/mwatt /Electro / Electrical Watt @10kV P11 (Blue) 8 (1) 0.5 80 Fast iitial decay with log decay at low level. 100ms to 1% P20 (Gree) Fast 10 (1) 4 100 Fast iitial decay with log decay at low level. 100ms to 1% P20 (Gree) Slow 10 (1) 4 100 23 secs to 1% P24 (Blue) 5.0 3.5 5.0 10µ sec to 10% (1) P31 (White) 12 1ms, good exoetial P43 (Gree) 8.7 9 87 1.2ms/decade, true exoetial P46 (Gree) 1.8 0.8 18 160s (1) P47 (Blue) 2.8 0.7 28 80s (1)