ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Σχετικά έγγραφα
ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Δομή ενεργειακών ζωνών

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΝΑΝΟΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΕΛΛΑ ΚΕΝΝΟΥ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ

Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s.

1.1 Ηλεκτρονικές ιδιότητες των στερεών. Μονωτές και αγωγοί

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:

Κεφάλαιο 37 Αρχική Κβαντική Θεωρία και Μοντέλα για το Άτομο. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Αγωγιμότητα σε ημιαγωγούς

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ II. ΤΟ ΦΩΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ BOHR Ν. ΜΠΕΚΙΑΡΗΣ

Οι ηµιαγωγοι αποτελουν την πλεον χρησιµη κατηγορια υλικων απο ολα τα στερεα για εφαρµογες στα ηλεκτρονικα.

Ατομική Φυσική. Η Φυσική των ηλεκτρονίων και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED808 Π. Παπαγιάννης

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

Ημιαγωγοί. Ημιαγωγοί. Ενδογενείς εξωγενείς ημιαγωγοί. Ενδογενείς ημιαγωγοί Πυρίτιο. Δομή ενεργειακών ζωνών

Ατομική Φυσική. Η Φυσική των ηλεκτρονίων και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.

Κεφάλαια (από το βιβλίο Serway-Jewett) και αναρτημένες παρουσιάσεις

3. Το πρότυπο του Bohr εξήγησε το ότι το φάσμα της ακτινοβολίας που εκπέμπει το αέριο υδρογόνο, είναι γραμμικό.

Μοντέρνα Φυσική. Κβαντική Θεωρία. Ατομική Φυσική. Μοριακή Φυσική. Πυρηνική Φυσική. Φασματοσκοπία

Χημεία Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης

Θέµατα που θα καλυφθούν

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 16/11/2014 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ ΘΕΜΑ Α

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 1 Ο ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ. Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Αγωγιμότητα σε ημιαγωγούς

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

7.a. Οι δεσμοί στα στερεά

Ασκήσεις Φασµατοσκοπίας

είναι τα μήκη κύματος του φωτός αυτού στα δύο υλικά αντίστοιχα, τότε: γ. 1 Β) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

Μετά το τέλος της µελέτης του 1ου κεφαλαίου, ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση:

Κυματική φύση της ύλης: ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Φωτόνια: ενέργεια E = hf = hc/λ (όπου h = σταθερά Planck) Κυματική φύση των σωματιδίων της ύλης:

ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ κβαντισμένη h.f h = J s f = c/λ h.c/λ

Συμπέρασμα: η Η/Μ ακτινοβολία έχει διπλή φύση, κυματική και σωματιδιακή.

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Κ ΚΑΙ Η ΗΛΕΚΡΙΚΗ ΕΙΔΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΕ ΚΑΛΟ ΜΟΝΩΤΗ ΕIΝΑΙ ΤΗΣ ΤΑΞΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΑΤΟΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ. 1 η Ατομική θεωρία 2.1. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ. 2 η Ατομική θεωρία (Thomson)

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΚΑ Υλικα 3ο μεροσ. Θεωρητικη αναλυση

2η Εργαστηριακή Άσκηση Εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης από τη θερμοκρασία Θεωρητικό μέρος

ΔΟΜΗ ΑΤΟΜΩΝ ΚΑΙ ΜΟΡΙΩΝ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ BOHR

: ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΡΙΟΤΗΤΕΣ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ-ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Ακτίνες επιτρεπόμενων τροχιών (2.6)

Π. Φωτόπουλος Νανοηλεκτρονικές Διατάξεις ΠΑΔΑ

Τηλ: Ανδρέου Δημητρίου 81 & Ακριτών 26 -ΚΑΛΟΓΡΕΖΑ 1

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝ. ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑ 1 ο.

Λύση 10) Λύση 11) Λύση

ΕΠΑ.Λ. Β ΟΜΑ ΑΣ ΦΥΣΙΚΗ I ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΟΡΟΣΗΜΟ ΘΕΜΑ Δ. Δίνονται: η ταχύτητα του φωτός στο κενό c 0 = 3 10, η σταθερά του Planck J s και για το φορτίο του ηλεκτρονίου 1,6 10 C.

Φυσική Στερεάς Κατάστασης η ομάδα ασκήσεων Διδάσκουσα Ε. Κ. Παλούρα

ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ. Σπύρος Νικολαΐδης Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

( J) e 2 ( ) ( ) x e +, (9-14) = (9-16) ω e xe v. De = (9-18) , (9-19)

ΓΛ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 3ο: Φυσική Γενικής Παιδείας: Ατομικά Φαινόμενα

Μοριακή Φασματοσκοπία I. Παραδόσεις μαθήματος Θ. Λαζαρίδης

ΠΡΟΤΥΠΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

ιστοσελίδα μαθήματος

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

Α1. Πράσινο και κίτρινο φως προσπίπτουν ταυτόχρονα και µε την ίδια γωνία πρόσπτωσης σε γυάλινο πρίσµα. Ποιά από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή:

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

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

Μονάδες Το γραμμικό φάσμα του ατόμου του υδρογόνου ερμηνεύεται με

Γ' ΤΑΞΗ ΓΕΝ.ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΑΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ. Θέμα B

Κβαντική µηχανική. Τύχη ή αναγκαιότητα. Ηµερίδα σύγχρονης φυσικής Καραδηµητρίου Μιχάλης

ΘΕΜΑ Β Β.1 Α) Μονάδες 4 Μονάδες 8 Β.2 Α) Μονάδες 4 Μονάδες 9

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

Κεφάλαιο 7. Κβαντική Θεωρία του Ατόμου

Γραμμικά φάσματα εκπομπής

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Αγωγιμότητα σε ημιαγωγούς

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

Μάθημα 6 α) β-διάσπαση β) Χαρακτηριστικά πυρήνων, πέρα από μέγεθος και μάζα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 20 ΜΑΪΟΥ 2013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Επιµέλεια: Οµάδα Φυσικών της Ώθησης

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙ ΕΣ

ΠΕΙΡΑΜΑ 4: ΟΠΤΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ AΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΥΤΕΡΑ 18 MAΪΟΥ 2009 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ

2. Οι ενεργειακές στάθµες του πυρήνα ενός στοιχείου είναι της τάξης α)µερικών ev γ)µερικών MeV

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

Περιεχόμενο της άσκησης

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ & ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Ξεκινώντας από την εξίσωση Poisson για το δυναμικό V στο στατικό ηλεκτρικό πεδίο:

ETY-202. Εκπομπή και απορρόφηση ακτινοβολίας ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 12. ΎΛΗ & ΦΩΣ. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/12/2012

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 3 η : Περιοδικότητα & Ατομική Δομή. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Δx

ΣΩΜΑΤΙ ΙΑΚΗ ΦΥΣΗ ΦΩΤΟΣ

ΠΡΟΟΔΟΣ - ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Ι ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:... Α.Μ.:...

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

και προσπίπτει σε ακίνητο άτομο υδρογόνου που αρχικά βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση.

αγωγοί ηµιαγωγοί µονωτές Σχήµα 1

Πρόοδος µαθήµατος «οµικής και Χηµικής Ανάλυσης Υλικών» Χρόνος εξέτασης: 3 ώρες

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

3. Σε ένα λαµπτήρα πυρακτώσεως βολφραµίου: α. παράγεται κατά κύριο λόγο ορατό φως από την αποδιέγερση των ατόµων του βολφραµίου.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

Transcript:

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ενεργειακές Ζώνες και Στατιστική Φορέων Φορτίου Required Text: Microelectronic Devices, Keith Leaver (2 nd Chapter)

Εισαγωγή Στο προηγούμενο κεφάλαιο προσεγγίσαμε τους ημιαγωγούς από τν πλευρά των δεσμών (Μοντέλο δεσμών Bond Model) Σε αυτό το κεφάλαιο θα προσεγγίσουμε τους ημιαγωγούς από την ενεργειακή πλευρά (Ενεργειακό Μοντέλο Energy Band Model) Στο ενεργειακό μοντέλο μπορούμε να εξάγουμε σχέσεις που αφορούν τις συγκεντρώσεις ηλεκτρονίων οπών σε διάφορες ενεργειακές καταστάσεις και θερμοκρασίες των υλικών. Παρά την απλοϊκότητα της προσέγγισης δίνει αποτελέσματα κοντά στην πραγματικότητα. 2

Εισαγωγή Οι ενεργειακές στάθμες δείχνουν την ενέργεια του ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Σε ενδογενή ημιαγωγό, είναι αδύνατον ένα ηλεκτρόνιο να έχει ενέργεια που να αντιστοιχεί στο χώρο μεταξύ των επιτρεπτών ενεργειακών σταθμών. Ο οριζόντιος άξονας μπορεί να δείχνει τη θέση του ηλεκτρονίου στον ημιαγωγό. Ενεργειακό διάγραμμα 3

Εισαγωγή Οι ενεργειακές στάθμες δείχνουν την ενέργεια του ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Σε ενδογενή ημιαγωγό, είναι αδύνατον ένα ηλεκτρόνιο να έχει ενέργεια που να αντιστοιχεί στο χώρο μεταξύ των επιτρεπτών ενεργειακών σταθμών. Ο οριζόντιος άξονας μπορεί να δείχνει τη θέση του ηλεκτρονίου στον ημιαγωγό. Ενεργειακό διάγραμμα Ενέργεια δέσμιου ηλεκτρονίου 4

Εισαγωγή Οι ενεργειακές στάθμες δείχνουν την ενέργεια του ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Σε ενδογενή ημιαγωγό, είναι αδύνατον ένα ηλεκτρόνιο να έχει ενέργεια που να αντιστοιχεί στο χώρο μεταξύ των επιτρεπτών ενεργειακών σταθμών. Ο οριζόντιος άξονας μπορεί να δείχνει τη θέση του ηλεκτρονίου στον ημιαγωγό. Ενεργειακό διάγραμμα Ενέργεια ελεύθερου ηλεκτρονίου Ενέργεια δέσμιου ηλεκτρονίου 5

Εισαγωγή Οι ενεργειακές στάθμες δείχνουν την ενέργεια του ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Σε ενδογενή ημιαγωγό, είναι αδύνατον ένα ηλεκτρόνιο να έχει ενέργεια που να αντιστοιχεί στο χώρο μεταξύ των επιτρεπτών ενεργειακών σταθμών. Ο οριζόντιος άξονας μπορεί να δείχνει τη θέση του ηλεκτρονίου στον ημιαγωγό. Ενεργειακό διάγραμμα Ενέργεια ελεύθερου ηλεκτρονίου Ενεργειακό χάσμα Ενέργεια δέσμιου ηλεκτρονίου 6

Εισαγωγή Τα ηλεκτρόνια των δοτών (donors) έχουν ενέργεια λίγο μικρότερη της ενέργειας ελεύθερου ηλεκτρονίου. Με λίγη πρόσθετη ενέργεια μπορούν να εγκαταλείψουν τα άτομα και να βρεθούν ελεύθερα στη ζώνη αγωγιμότητας. Ενεργειακό διάγραμμα Ενέργεια ηλεκτρονίου δότη 7

Εισαγωγή Τα ηλεκτρόνια των αποδεκτών (acceptors) έχουν ενέργεια λίγο μεγαλύτερη της ενέργειας των ηλεκτρονίων σθένους. Αυτή η ενεργειακή κατάσταση αντιστοιχεί σε μερική εισαγωγή του ηλεκτρονίου στο πεδίο ενός ατόμου, συμμετέχοντας (δυναμικά) στη δημιουργία δεσμού με γειτονικό του άτομο. Ενεργειακό διάγραμμα Ενέργεια ηλεκτρονίου αποδέκτη 8

Εισαγωγή Ο οριζόντιος άξονας μπορεί να δείχνει τη θέση του ηλεκτρονίου στον ημιαγωγό. Στην περίπτωση ενδογενούς ημιαγωγού η ενέργεια των ηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από τη θέση τους στο υλικό (συνεχής γραμμή). Στην περίπτωση ημιαγωγού δότη αποδέκτη, υπάρχει χωρική εξάρτηση της ενέργειας (μη συνεχείς γραμμές). Ενεργειακό διάγραμμα Ενέργεια ηλεκτρονίου δότη Ενέργεια ηλεκτρονίου αποδέκτη 9

Ενεργειακές στάθμες ατόμων Η Σχέση De Broglie καθορίζει το μήκος κύματος του ηλεκτρονίου σε σχέση με την ορμή(momentum) p και τη σταθερά του Planck h λ = h / p λ= μήκος κύματος ηλεκτρονίου, h=σταθερά του Planck=6.6 10-34 Js p= ορμή 10

Ενεργειακές στάθμες ατόμων Συνέπεια τούτου αποτελούν τα εξής: Οι τροχιές περιστροφής των ηλεκτρονίων πρέπει να χωρούν ακέραιο αριθμό (n) μηκών κύματος. Η ενέργεια των ηλεκτρονίων παίρνει διακριτές τιμές που εξαρτώνται από τον n. 11

Ενεργειακές στάθμες ατόμων Η ενέργεια δέσμιου ηλεκτρονίου σε άτομο παίρνει διακριτές τιμές. Αυτό είναι συνέπεια των κβαντικών ιδιοτήτων που εμφανίζουν τα ηλεκτρόνια, μια και αυτά συμπεριφέρονται σαν Η/Μ κύματα. Σύμφωνα με αυτές (Νόμοι Bohr), η στροφορμή L (angular momentum) δέσμιου ηλεκτρονίου σε τροχιά γύρω από πυρήνα ατόμου είναι κβαντισμένη: n=κύριος κβαντικός αριθμός, ħ=h/2π, L = n h 2π = n όπου h=σταθερά του Planck=6.6 10-34 Js 12

Ενεργειακές στάθμες ατόμων Το ενεργειακό διάγραμμα του H αποτελεί το απλούστερο μοντέλο. Σε κάθε ενεργειακή κατάσταση μπορούν να διευθετηθούν μέχρι δύο ηλεκτρόνια με αντίθετες ιδιοστροφορμές (spin) (Απαγορευτική Αρχή του Pauli) Στην κατάσταση απόδρασης ηλεκτρονίου από το άτομο (αγωγιμότητα), έχω συνεχή ζώνη επιτρεπτών ενεργειών. Ενεργειακό διάγραμμα Η 13

Ενεργειακές στάθμες ατόμων Η πλήρωση των τροχιών γίνεται με προτεραιότητα τις χαμηλότερης ενέργειας τροχιές (σταθερότερη κατάσταση). Υπάρχει η δυνατότητα διαφορετικές τροχιές να αντιστοιχούν στην ίδια ενέργεια, οπότε μπορεί να έχω περισσότερα ηλεκτρόνια διευθετημένα στην ίδια κατάσταση. Ενεργειακό διάγραμμα Η Τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται σε υψηλές ενεργειακά στάθμες. 14

Ενεργειακές στάθμες ατόμων στερεών Στα στερεά τα άτομα είναι διευθετημένα στο κρυσταλλικό πλέγμα, πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Τα ηλεκτρόνια των ατόμων δέχονται δυνάμεις και από τους πυρήνες των γειτονικών ατόμων, με αποτέλεσμα την τροποποίηση των τροχιών τους. Αυτό έχει ως συνέπεια την τροποποίηση της ενεργειακής τους κατάστασης κατά τι σε σχέση με την επιτρεπτή, όταν το άτομο βρίσκεται μόνο του εκτός κρυσταλλικού πλέγματος. 15

Ενεργειακές στάθμες ατόμων στερεών Οι επιτρεπτές ενεργειακές καταστάσεις είναι τόσο κοντά (ΔΕ<10-20 ev) ώστε να σχηματίζουν πρακτικά συνεχείς ενεργειακές ζώνες, διαχωριζόμενες από ενεργειακά χάσματα. Ενεργειακό διάγραμμα στερεού 16

Ενεργειακές στάθμες ατόμων στερεών Οι υψηλές ενεργειακά ζώνες σχετίζονται με τα ηλεκτρόνια σθένους. Αυτά επειδή είναι περισσότερο εκτεθειμένα στην έλξη των γειτονικών ατόμων σχηματίζουν ευρείες ενεργειακές ζώνες που φτάνουν να αλληλοεπικαλύπτονται. Ενεργειακό διάγραμμα στερεού 17

Ενεργειακές στάθμες ατόμων στερεών Ισχύει και σε αυτήν την περίπτωση η Απαγορευτική Αρχή του Pauli. Ετσι τα ηλεκτρόνια διευθετούνται συμπληρώνοντας πρώτα τις εσωτερικές τροχιές (χαμηλότερης ενέργειας). Ενεργειακό διάγραμμα στερεού 18

Ενεργειακές στάθμες ατόμων στερεών Τα υψηλότερης ενέργειας ηλεκτρόνια (εξωτερικές τροχιές) δέχονται δυνάμεις από τα γειτονικά άτομα συγκρίσιμες με αυτές του πυρήνα, λόγω της απόστασής τους από αυτόν. Γι αυτό θεωρείται ότι μοιράζονται με τον κρύσταλλο συνολικά. Ενεργειακό διάγραμμα στερεού 19

Μέταλλα, Ημιαγωγοί, Μονωτές Η θέση της υψηλότερης ενεργειακά κατειλημμένης ζώνης (ζώνη σθένους), σε σχέση με τη ζώνη αγωγιμότητας (απόδραση του ηλεκτρονίου από το πεδίο του ατόμου), καθορίζει την ηλεκτρική συμπεριφορά του στερεού και κατά συνέπεια το είδος του στερεού. Σε κάθε περίπτωση ένα εξωτερικό πεδίο μπορεί να προσφέρει ενέργεια σε αυτά τα ηλεκτρόνια και να τα υποχρεώσει να αλλάξουν ενεργειακή κατάσταση (ζώνη). Διακρίνουμε τις ακόλουθες περιπτώσεις: 20

Μέταλλα, Ημιαγωγοί, Μονωτές Στην περίπτωση αλληλοεπικάλυψης ζωνών αγωγιμότητας έχω μέταλλα με πολύ καλή αγωγιμότητα όπως ο χαλκός ή το αλουμίνιο. Μέταλλα Αλκάλια Καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού 21

Μέταλλα, Ημιαγωγοί, Μονωτές 22

Μέταλλα, Ημιαγωγοί, Μονωτές Για ενεργειακό χάσμα <2eV έχω συμπεριφορά ημιαγωγού (αγωγή και λόγω θερμικής ενέργειας). Οπότε, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου έχω μικρή αγωγιμότητα. Μπορεί να µετρηθεί πειραµατικά το ενεργειακό χάσµα;;; Μονωτές - Ημιαγωγοί Μονωτής Ημιαγωγός 23

Απορρόφηση φωτός \Φωτόνιο είναι το κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Σύμφωνα με τον Einstein φέρει ενέργεια E = h f Για πράσινη ακτινοβολία με μήκος κύματος λ=500 nm Η ενέργεια του φωτονίου θα είναι Ε = 4 10 19 J= 2.5 ev 24

Απορρόφηση φωτός Στην περίπτωση ημιαγωγού όπου το ενεργειακό χάσμα είναι σχετικά μικρό, η πιθανή απορρόφηση φωτονίου μπορεί να οδηγήσει σε ενεργειακή κατάσταση εντός της ζώνης αγωγιμότητας όπως θα συνέβαινε στην περίπτωση πράσινου φωτονίου που απορροφάται από ημιαγωγό με E G <2.5eV. Μονωτής Ημιαγωγός Στην περίπτωση μονωτή με μεγάλο ενεργειακό χάσμα η πιθανή απορρόφηση φωτονίου οδηγεί σε ενεργειακή κατάσταση μέσα στο ενεργειακό χάσμα και συνεπώς δεν συμβαίνει. 25

Απορρόφηση φωτός Συνοψίζοντας: η απορρόφηση φωτονίων από υλικά μπορεί «υπό συνθήκας» να μεταβάλλει την αγωγιμότητα του υλικού, με εξαίρεση τους μονωτές. Στους μονωτές το φώς δεν απορροφάται μια και τα ηλεκτρόνια σθένους δεν μπορούν να αξιοποιήσουν την ενέργεια των φωτονίων για να δραπετεύσουν στην ζώνη αγωγιμότητας. Ετσι ερμηνεύεται η διαφάνεια που εμφανίζουν μονωτές όπως το γυαλί, το διαμάντι, το quartz και άλλοι μονωτικοί κρύσταλλοι. 26

Απορρόφηση φωτός Μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή του ενεργειακού χάσματος από την απορρόφηση φωτός (πάχος υλικού που απορροφά συγκεκριμένη ποσότητα φωτεινής ακτινοβολίας) διαφόρων μηκών κύματος. GaAs Στα 0.85μm εμφανίζει απορρόφηση στα 1.4eV 27

Απορρόφηση φωτός Απορρόφηση φωτονίων για διάφορους ημιαγωγούς που δεικνύει το αντίστοιχο ενεργειακό χάσμα. 28