ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 10: ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Σχετικά έγγραφα
ΗΜΙΑΓΩΓΑ ΥΛΙΚΑ: ΘΕΩΡΙΑ-ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 2

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 3: ΑΤΕΛΕΙΕΣ ΔΟΜΗΣ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 1: ΑΤΟΜΑ ΚΑΙ ΔΕΣΜΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 9: ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ & ΑΓΩΓΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΗΜΙΑΓΩΓΑ ΥΛΙΚΑ: ΘΕΩΡΙΑ-ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

Ηλεκτρονική. Ενότητα 2: Η επαφή pn. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ΗΜΙΑΓΩΓΑ ΥΛΙΚΑ: ΘΕΩΡΙΑ-ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Ιστορία της μετάφρασης

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Διπλωματική Ιστορία Ενότητα 2η:

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Ιστορία της μετάφρασης

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 14: Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες, Ολοκλήρωση Ρητών Συναρτήσεων Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 6: ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 7: ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Οδοποιία IΙ. Ενότητα 14: Υπόδειγμα σύνταξης τευχών θέματος Οδοποιίας. Γεώργιος Μίντσης ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Παράκτια Τεχνικά Έργα

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 9: Εταιρική διασπορά και στρατηγικές τιμολόγησης

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Ηλεκτρονική. Ενότητα 4: Διπολικά Τρανζίστορ (BJT) Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 7: Σειρές Taylor, Maclaurin. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Αξιολόγηση μεταφράσεων ιταλικής ελληνικής γλώσσας

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

ΗΜΙΑΓΩΓΑ ΥΛΙΚΑ: ΘΕΩΡΙΑ-ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 19: Υπολογισμός Εμβαδού και Όγκου Από Περιστροφή (2 ο Μέρος) Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 9: Κίνηση Σε Πολικές Συντεταγμένες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 7: Μορφές αγοράς και συγκέντρωση των ΜΜΕ

Διοικητική Λογιστική

Επικοινωνία Ανθρώπου- Υπολογιστή Σχεδίαση Αλληλεπίδρασης

ΗΜΙΑΓΩΓΑ ΥΛΙΚΑ: ΘΕΩΡΙΑ-ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 8: Εφαρμογές Σειρών Taylor. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Ηλεκτρονική. Ενότητα: 2 Η επαφή pn. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Φ 619 Προβλήματα Βιοηθικής

Διδακτική της Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 6: Ακρότατα Συνάρτησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γεωργική Εκπαίδευση Ενότητα 9

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Διπλωματική Ιστορία Ενότητα 1η:

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 16: Ολοκλήρωση Τριγωνομετρικών Συναρτήσεων, Γενικευμένα Ολοκληρώματα Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Στρατηγικό Μάρκετινγκ

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

Εκκλησιαστικό Δίκαιο Ι (Μεταπτυχιακό)

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΑΝΟΙΚΤΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Γενικά Μαθηματικά Ι Ενότητα 11 : Ακολουθίες και Σειρές Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Εκκλησιαστικό Δίκαιο Ι (Μεταπτυχιακό)

Χώρος και Διαδικασίες Αγωγής

Συγκριτικό Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Διπλωματική Ιστορία. Ενότητα 12η: Ο Β Παγκόσμιος Πόλεμος Η Ευρώπη. του Hitler Ιωάννης Στεφανίδης, Καθηγητής Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

1.1 Ηλεκτρονικές ιδιότητες των στερεών. Μονωτές και αγωγοί

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Ιστορία της μετάφρασης

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Ευαγγελικές αφηγήσεις της Ανάστασης

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 4: ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Επιμέλεια μεταφράσεων και εκδοτικός χώρος

Συμπεριφορά Καταναλωτή

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Ενότητα 10: ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ

Περιεχόμενα ενότητας 1. Ημιαγωγοί i. Ενεργειακές ζώνες και χάσματα. ii. Αγωγοί Ημιαγωγοί Μονωτές. iii. Στάθμη Fermi και κατανομή Fermi Dirac. iv. Ενδογενείς ημιαγωγοί. v. Αγωγοί με προσμίξεις. vi. Επαφή p n. vii. Φωτοδίοδος και δίοδος φωτοεκπομπής. 5

Σκοποί ενότητας Να εξοικειωθούν οι φοιτητές με τις έννοιες των ενεργειακών ζωνών και χασμάτων. Να είναι σε θέση οι φοιτητές να παριστάνουν σχηματικά το διάγραμμα ενεργειακών ζωνών για αγωγούς, ημιαγωγούς και μονωτές. Να μπορούν οι φοιτητές να υπολογίσουν την αγωγιμότητα σε ενδογενείς ημιαγωγούς αλλά και σε αγωγούς με προσμίξεις. Να είναι σε θέση οι φοιτητές να προσδιορίσουν το δυναμικό της επαφής p n. 6

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΦΟΡΕΩΝ ΜΕ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ R R T (K) T (K) Αγωγοί ημιαγωγοί/μονωτές υπεραγωγοί σ = n e μ e (Τ) σ = n(τ) e μ Στους αγωγούς ο αριθμός των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας είναι σταθερός. Στους ημιαγωγούς ο αριθμός των φορέων αγωγιμότητας αυξάνεται με τη θερμοκρασία. 7

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΕ ΕΝΑΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟ Όπως και στο απομονωμένο άτομο, η ενέργεια είναι κβαντισμένη = δεν παίρνει συνεχείς τιμές, αλλά διακριτές. Μια ενεργειακή κατάσταση μπορεί να έχει μόνο 1 ηλεκτρόνιο (μόνο 2 με αντίθετο σπιν) (Αρχή του Pauli). Κάθε ηλεκτρόνιο του ατόμου έχει διαφορετικούς κβαντικούς αριθμούς. 8

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΧΑΣΜΑ Υπάρχουν περιοχές ενέργειας χωρίς διαθέσιμες ενεργειακές καταστάσεις (απαγορευμένη ζώνη). Είναι συνέπεια της κβάντωσης της ενέργειας. 9

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΖΩΝΕΣ (1) Σε ένα στερεό, τα ηλεκτρόνια που είναι σε ψηλότερες υποστιβάδες αλληλεπιδρούν με αυτά των γειτονικών ατόμων. Δεν μπορούν να έχουν την ίδια ακριβώς ενέργεια (αρχή του Pauli). Η ενεργειακή κατάσταση των Ν ηλεκτρονίων μιας υποστιβάδας τροποποιείται. 10

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΖΩΝΕΣ (2) Οι διακριτές ενεργειακές καταστάσεις εκτείνονται σε μια περιοχή ενεργειών (μερικά ev). Επειδή απέχουν ελάχιστα, στην περιοχή αυτή (ενεργειακή ζώνη) θεωρούμε πως η μεταβολή της ενέργειας είναι συνεχής. Η ενεργειακή ζώνη αντιστοιχεί σε μια υποστιβάδα και έχει ορισμένο αριθμό ενεργειακών καταστάσεων (2Ν). Οι ενεργειακές ζώνες μπορεί να επικαλύπτονται. 11

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΖΩΝΩΝ ΣΕ 1- ΔΙΑΣΤΑΣΗ 12

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΑΓΩΓΩΝ - ΜΟΝΩΤΩΝ Η αγωγιμότητα εξαρτάται από τον αριθμό ηλεκτρονίων που μπορούν να μεταβάλουν την ενέργειά τους μπορούν αν υπάρχουν διαθέσιμες ενεργειακές καταστάσεις (υπάρχουν =επιτρεπτές διαθέσιμες= κενές). Στους αγωγούς η ζώνη σθένους είναι και ζώνη αγωγιμότητας έχει πολλές διαθέσιμες ενεργειακές καταστάσεις. Στους μονωτές η ζώνη σθένους είναι πλήρης. Διαθέσιμες καταστάσεις υπάρχουν στη ζώνη αγωγιμότητας, μετά το ενεργειακό χάσμα. Η διαφορά μονωτών και ημιαγωγών είναι ποσοτική εξαρτάται από το μέγεθος του ενεργειακού χάσματος. 13

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΑΓΩΓΩΝ ΜΟΝΩΤΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΚΑ Ενέργεια Fermi Αγωγοί Ημιαγωγοί Μονωτές 14

ΣΤΑΘΜΗ FERMI Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται στις χαμηλότερες δυνατές ενεργειακές καταστάσεις. Ορισμός: Η υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση που είναι κατειλημμένη από ηλεκτρόνια στη θερμοκρασία Τ=0 Κ είναι η στάθμη Fermi E F. αριθμός κατειλημμένων καταστάσεων ίσος με? n=(v/3π 2 )k F3 =N => k F = (3π 2 Ν/V) 1/3 Η ενέργεια Fermi εξαρτάται από τον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων ανά μονάδα όγκου του στερεού. 15

Η ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ FERMI-DIRAC f ( E) 1 exp 1 E E k T B F Σε μεγαλύτερη θερμοκρασία, υπάρχουν περισσότερα ηλεκτρόνια σε ψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις (θερμικά διεγερμένα). Η κατανομή F-D δίνει την πιθανότητα κατάληψης μιας στάθμης E σε θερμοκρασία Τ. k B η σταθερά Boltzmann: k B =1.3810-23 J/K = 8.610-5 ev/k kt 300 = 4.210-21 J = 0.026 ev 16

Η ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ FERMI-DIRAC (2) f ( E) 1 E E 1 exp kbt F Για μεγάλο Ε (Ε-E F >>kt): f(e)=exp[-(e-e F )/kt] (ΜΒ). Για μικρό Ε (E F -E>>kT): f(e)=1-exp[(e-e F )/kt ]. Σημαντική μεταβολή κοντά στην E F f(e)= 0 1. Για Ε=E F και Τ 0, ο εκθέτης μηδενίζεται και f(e) = 1/2. 17

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΑΓΩΓΩΝ ΜΟΝΩΤΩΝ (επαναδιατύπωση) Η αγωγιμότητα εξαρτάται από τον αριθμό ηλεκτρονίων που μπορούν να μεταβάλουν την ενέργειά τους μπορούν αν υπάρχουν διαθέσιμες ενεργειακές καταστάσεις (υπάρχουν =επιτρεπτές διαθέσιμες= κενές). Στους αγωγούς η στάθμη Fermi βρίσκεται μέσα σε μια ενεργειακή ζώνη (ζώνη σθένους που είναι και ζώνη αγωγιμότητας). Στους μονωτές η στάθμη Fermi βρίσκεται μέσα στο ενεργειακό χάσμα. Οι ημιαγωγοί είναι μονωτές με ενεργειακό χάσμα μερικές δεκάδες k B T. 18

ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΠΛΗΡΕΙΣ ΚΑΙ ΜΗ-ΠΛΗΡΕΙΣ ΖΩΝΕΣ σε μια πλήρη ζώνη δεν υπάρχουν διαθέσιμες ενεργειακές καταστάσεις - το συνολικό ρεύμα είναι: J e N i υ 0 i σε μια σχεδόν πλήρη ζώνη τα ηλεκτρόνια μπορούν να επιταχυνθούν- το συνολικό ρεύμα είναι: Λείπει ένα ηλεκτρόνιο με ταχύτητα υ j J e N i j υ i e Το ρεύμα από τη συλλογική κίνηση των ηλεκτρονίων φαίνεται να προέρχεται από υποθετικούς φορείς με θετικό φορτίο. N i υ i e υ j e υ j 19

ΟΠΕΣ Είναι κενές ενεργειακές καταστάσεις σε σχεδόν πλήρη ζώνη (σθένους). Περιγράφουμε την ενεργειακή μεταβολή και την κίνηση της οπής, αντί για τη συλλογική συμπεριφορά πολλών ηλεκτρονίων. 20

ΑΡΙΘΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ Η αγωγιμότητα εξαρτάται από τον αριθμό ηλεκτρονίων (σ = n e μ e ). Είναι ο αριθμός των καταστάσεων επί την πιθανότητα κατάληψης. Σε μια περιοχή ενέργειας ΔE είναι n(ε) = g(e) f(e) de. g(e) η πυκνότητα των ενεργειακών καταστάσεων. 21

ΓΕΝΕΣΗ - ΑΝΑΣΥΝΔΕΣΗ ΦΟΡΕΩΝ Διαρκής θερμική διέγερση και αποδιέγερση ηλεκτρονίων. = γένεση και ανασύνδεση ζευγών ηλεκτρονίουοπής. Σε θερμοδυναμική ισορροπία, το ποσοστό διεγερμένων φορέων δίνεται από την f(e). 22

ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΧΩΡΙΣ ΠΡΟΣΜΙΞΕΙΣ : ΑΜΙΓΕΙΣ, ΕΝΔΟΓΕΝΕΙΣ Η θερμική διέγερση δημιουργεί ηλεκτρόνια αγωγιμότητας και οπές κατά ζεύγη. n = p σ = n e μ e + p e μ h = n e (μ e +μ h ) 23

ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΦΟΡΕΩΝ GaAs 300 K Si Ge Στους αμιγείς ημιαγωγούς E F =E G /2. (n = g(e) f(e) de ) n i N C exp[-(e G )/2kT]. N C 2,510 25 (T/300K) 3/2 m -3. 24

ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΜΕ ΠΡΟΣΜΙΞΕΙΣ Προσμίξεις δότη Οι προσμίξεις εισάγουν πρόσθετες καταστάσεις μέσα στο ενεργειακό χάσμα. Λόγω πρόσμιξης, n p. Όμως, n p = n i2. Τύπου n (προσμίξεις δότη): σ = n e μ e n N D >> p Τύπου p (προσμίξεις αποδέκτη): σ = p e μ h p N A >> n Προσμίξεις αποδέκτη 25

ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΜΕ ΠΡΟΣΜΙΞΕΙΣ Ενδογενής περιοχή Περιοχή κόρου Μεταβολή συγκέντρωσης φορέων με τη θερμοκρασία. 26

ΕΥΚΙΝΗΣΙΑ Μεταβολή με τη συγκέντρωση των προσμίξεων. Μεταβολή με τη θερμοκρασία. 27

ΡΕΥΜΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ Πυκνότητα ρεύματος μετατόπισης J (μ) = Ι/Α = -neυ D = neμ ε = σ ε (νόμος του Ωμ) Στους ημιαγωγούς: σ = neμ e + peμ h Υπάρχουν δύο συνιστώσες ρεύματος μετατόπισης ρεύμα μετατόπισης ηλεκτρονίων: J n(μ) = neμ e ε ρεύμα μετατόπισης οπών: J p(μ) = peμ h ε Το ρεύμα μετατόπισης είναι J (μ) = J n(μ) + J p(μ) = (neμ e + peμ h ) ε 28

ΔΙΑΧΥΣΗ Λόγω τυχαίας θερμικής κίνησης, μετακίνηση προς την πλευρά με τη χαμηλότερη συγκέντρωση. dn( x) Νόμος του Fick: F D dx Συντελεστής διάχυσης: D = (kt/e) μ Δύο συνιστώσες ρεύματος διάχυσης J (δ) = J n(δ) + J p(δ) ρεύμα διάχυσης ηλεκτρονίων ρεύμα διάχυσης οπών J J p n ( δ)( x) ed n ( δ)( x) ed p dn( x) dx dp( x) dx 29

2 ΕΙΔΗ ΡΕΥΜΑΤΩΝ & 2 ΕΙΔΗ ΦΟΡΕΩΝ Στους ημιαγωγούς η συνολική αγωγή του ρεύματος οφείλεται στη μετατόπιση και στη διάχυση ηλεκτρονίων και οπών: J n J n ε ( μ) Jn(δ) neμe ed n dn( x) dx J p J p J p peμ ε ( μ) (δ) h ed p dp( x) dx 30

ΕΠΑΦΗ P-N, ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΕΠΑΦΗΣ V o kt e ln n p no po 2 ni kt e ln N N D 2 ni A Η βαθμίδα συγκέντρωσης συνεπάγεται ύπαρξη εσωτερικού ηλεκτροστατικού πεδίου και διαφοράς δυναμικού (σε κατάσταση ισορροπίας, J=0). J p J p( ) ( x) J p( ) 1 p( x) D ep( x) p h dp( x) dx h ( x) ed dp( x) dx 31 p 0

ΕΠΑΦΗ P-N, ΦΟΡΤΙΑ ΧΩΡΟΥ Οι φορείς πλειονότητας διαχέονται προς την άλλη πλευρά της επαφής (όπου είναι φορείς μειονότητας). Αφήνουν πίσω τους ιονισμένα άτομα πρόσμιξης ("φορτία χώρου") που δημιουργούν ηλεκτροστατικό πεδίο. Λόγω του πεδίου οι φορείς μειονότητας μετατοπίζονται πίσω στην αντίθετη πλευρά. Σε κατάσταση ισορροπίας, το ρεύμα διάχυσης και το ρεύμα μετατόπισης είναι ίσα. 32

ΕΠΑΦΗ P-N, ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ Ι-V Το ρεύμα μετατόπισης δεν εξαρτάται από το δυναμικό της επαφής. Περιλαμβάνει φορείς μειονότητας κοντά στην περιοχή φορτίων χώρου και ζεύγη φορέων που παράγονται στην π.φ.χ. Το ρεύμα διάχυσης περιλαμβάνει τους φορείς με ενέργεια μεγαλύτερη από το φράγμα δυναμικού. Εξαρτάται εκθετικά από το δυναμικό της επαφής. Η εξωτερική τάση πόλωσης αυξάνει ή μειώνει το δυναμικό στην επαφή, αντίστοιχα και το ρεύμα διάχυσης. 33

ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΗ-ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Δημιουργία επιπλέον ζευγών ηλεκτρονίωνοπών με οπτική διέγερση: Δn = Δp n = n o +Δn & p = p o +Δp np>n o p o = n i ² Σε χαμηλή έγχυση (Δn<< n o ) αυξάνονται σημαντικά οι φορείς της μειονότητας n = n o +Δn n o, p = p o +Δp Δp >> p o 34

ΦΩΤΟΔΙΟΔΟΣ Φ/Β το ανάστροφο ρεύμα εξαρτάται από τη γένεση φορέων στη μεταβατική περιοχή το ανάστροφο ρεύμα αυξάνεται με την οπτική έγχυση Ι = I S [exp(ev/kt)-1]-i L Ε L =hν>ε G 35

ΔΙΟΔΟΣ ΦΩΤΟΕΚΠΟΜΠΗΣ (LED) Η δίοδος φωτοεκπομπής έχει μια στάθμη πρόσμιξης Ε LΕ πολύ κοντά στη ζώνη αγωγιμότητας. Τα ηλεκτρόνια της περιοχής n που εγχύονται στην περιοχή p (ρεύμα διάχυσης) πηγαίνουν και στη στάθμη Ε LΕ Από την Ε LΕ αποδιεγείρονται εκπέμποντας ακτινοβολία Χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί GaAs, GaP και Ga(As,P) που δίνουν υπέρυθρο και ορατό (λ 430-670 nm, E g 3.0-1.9 ev). 36

ΟΡΓΑΝΙΚΑ LED Πλεονεκτήματα Χαμηλή κατανάλωση Μικρότερες διαστάσεις Μεγαλύτερη φωτεινότητα Απλούστερη κατασκευή Ενεργειακές στάθμες μοριακών τροχιακών (MO) LU-HO 37

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Λιτσαρδάκης Γεώργιος. «. Ημιαγωγοί». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://opencourses.auth.gr/courses/ocrs492/.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά - Παρόμοια Διανομή [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος ενότητας Επεξεργασία: Τονοζλής Γεώργιος Θεσσαλονίκη, 03/06/2015

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Σημειώματα

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.