Презентация Физические основы работы полупроводниковых приборов. Энергетические уровни и зоны онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Физические основы работы полупроводниковых приборов. Энергетические уровни и зоны абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 49 слайдов. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:49 слайдов
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:0.97 MB
- Просмотров:58
- Скачиваний:2
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№1 слайд
Содержание слайда: Физическая электроника
№2 слайд
Содержание слайда: Введение
Электроникой называют раздел науки и техники, занимающийся исследованием
взаимодействия электронов с электромагнитными полями
и методов создания электронных приборов и устройств предназначенных для преобразования электромагнитной энергии, в основном для приема, обработки, хранения и передачи информации представленной в виде электрических сигналов.
№3 слайд
Содержание слайда: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
№4 слайд
Содержание слайда: Энергетические уровни и зоны
В соответствии с квантовой теорией энергия электрона, вращающегося по своей орбите вокруг ядра, может иметь только определенные дискретные или квантованные значения энергии и дискретные значения орбитальной скорости.
Поэтому электрон может двигаться вокруг ядра только по определенным (разрешенным) орбитам.
№5 слайд
Содержание слайда: Каждой орбите соответствует строго определенная энергия электрона, или энергетический уровень.
Каждой орбите соответствует строго определенная энергия электрона, или энергетический уровень.
Энергетические уровни отделены друг от друга запрещенными интервалами.
№6 слайд
Содержание слайда: Согласно принципу Паули
Согласно принципу Паули
на одном энергетическом уровне не может находиться более двух электронов.
В невозбужденном состоянии электроны в атоме находятся на ближайших к ядру орбитах.
При поглощении атомом энергии какой-либо электрон может перейти на более высокий свободный уровней, либо вовсе покинуть атом, став свободным носителем электрического заряда (атом превратится в положительно заряженный ион).
№7 слайд
Содержание слайда: Проводники, полупроводники и диэлектрики
В твердых телах атомы вещества могут образовывать правильную кристаллическую решетку.
Соседние атомы удерживаются межатомными силами на определенном расстоянии друг от друга в точках равновесия этих сил - узлах кристаллической решетки.
Под действием тепла атомы, совершают колебательные движения относительно положения равновесия.
№8 слайд
Содержание слайда: Соседние атомы в твердых телах так близко находятся друг к другу, что их внешние электронные оболочки соприкасаются или перекрываются.
Соседние атомы в твердых телах так близко находятся друг к другу, что их внешние электронные оболочки соприкасаются или перекрываются.
В результате происходит расщепление энергетических уровней электронов на большое число близко расположенных уровней, образующих энергетические зоны.
№9 слайд
Содержание слайда: Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические уровни заняты электронами, называется валентной.
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические уровни заняты электронами, называется валентной.
№10 слайд
Содержание слайда: Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется зоной проводимости.
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется зоной проводимости.
Между валентной зоной и зоной проводимости расположена запрещенная зона.
№11 слайд
Содержание слайда: Ширина запрещенной зоны является основным параметром, характеризующим свойства твердого тела.
Ширина запрещенной зоны является основным параметром, характеризующим свойства твердого тела.
№12 слайд
Содержание слайда: В полупроводниковой электронике широкое применение получили
В полупроводниковой электронике широкое применение получили
германий Ge ( ΔW = 0,67 эВ)
и кремний Si (Δ W =1,12 эВ)(элементы 4-й группы периодической системы элементов Менделеева),
а также арсенид галлия GaAs (ΔW = 1,43 эВ).
№13 слайд
Содержание слайда: Электроны в твердом теле могут совершать переходы внутри разрешенной зоны при наличии в ней свободных уровней, а также переходить из одной разрешенной зоны в другую.
Электроны в твердом теле могут совершать переходы внутри разрешенной зоны при наличии в ней свободных уровней, а также переходить из одной разрешенной зоны в другую.
Для перехода электрона из низшей энергетической зоны в высшую требуется затратить энергию, равную ширине запрещенной зоны.
Способность твердого тела проводить ток под действием электрического поля зависит от структуры энергетических зон и степени их заполнения электронами.
№14 слайд
Содержание слайда: В металлах зона проводимости частично заполнена.
В металлах зона проводимости частично заполнена.
Концентрация свободных электронов в металлах практически не зависит от температуры.
Зависимость электропроводности металлов от температуры обусловлена подвижностью электронов, которая уменьшается с увеличением температуры из-за увеличения амплитуды колебания атомов в кристаллической решетке, что влечет за собой уменьшение длины свободного пробега электрона.
№15 слайд
Содержание слайда: У диэлектриков и полупроводников при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости совершенно пуста, поэтому эти вещества проводить ток не могут.
У диэлектриков и полупроводников при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости совершенно пуста, поэтому эти вещества проводить ток не могут.
Если этому веществу сообщить достаточное количество энергии, то электроны, могут преодолеть ширину запрещенной зоны и перейти в зону проводимости. В этом случае вещество приобретает некоторую электропроводность, которая возрастает с ростом температуры.
№16 слайд
Содержание слайда: Собственная электропроводность полупроводников
Атомы кремния (Si ) располагаются в узлах кристаллической решетки, а электроны наружной электронной оболочки образуют устойчивые ковалентные связи, когда каждая пара валентных электронов принадлежит одновременно двум соседним атомам и образует связывающую эти атомы силу.
№17 слайд
Содержание слайда: При температуре абсолютного нуля (T=0K) все энергетические состояния внутренних зон и валентная зона занята электронами полностью, а зона проводимости совершенно пуста.
При температуре абсолютного нуля (T=0K) все энергетические состояния внутренних зон и валентная зона занята электронами полностью, а зона проводимости совершенно пуста.
Поэтому в этих условиях кристалл полупроводника является практически диэлектриком.
№18 слайд
Содержание слайда: При температуре T > 0 К дополнительной энергии, поглощенной каким-либо электроном, может оказаться достаточно для разрыва ковалентной связи и перехода в зону проводимости, где электрон становится свободным носителем электрического заряда (1).
При температуре T > 0 К дополнительной энергии, поглощенной каким-либо электроном, может оказаться достаточно для разрыва ковалентной связи и перехода в зону проводимости, где электрон становится свободным носителем электрического заряда (1).
№19 слайд
Содержание слайда: Электроны хаотически движутся внутри кристаллической решетки и представляют собой так называемый электронный газ.
Электроны хаотически движутся внутри кристаллической решетки и представляют собой так называемый электронный газ.
Электроны при своем движении сталкиваются с колеблющимися в узлах кристаллической решетки атомами, а в промежутках между столкновениями они движутся прямолинейно и равномерно.
№20 слайд
Содержание слайда: У атома полупроводника, от которого отделился электрон, возникает незаполненный энергетический уровень в валентной зоне, называемый дыркой.
У атома полупроводника, от которого отделился электрон, возникает незаполненный энергетический уровень в валентной зоне, называемый дыркой.
№21 слайд
Содержание слайда: Для простоты дырку рассматривают как
Для простоты дырку рассматривают как
единичный положительный электрический заряд.
Дырка может перемещаться по всему объему полупроводника
под действием электрических полей,
в результате разности концентраций носителей заряда в различных зонах полупроводника,
участвовать в тепловом движении.
№22 слайд
Содержание слайда: Таким образом, в кристалле полупроводника при нагревании могут образовываться пары носителей электрических зарядов «электрон – дырка», которые обусловливают появление собственной электрической проводимости полупроводника.
Таким образом, в кристалле полупроводника при нагревании могут образовываться пары носителей электрических зарядов «электрон – дырка», которые обусловливают появление собственной электрической проводимости полупроводника.
№23 слайд
Содержание слайда: Процесс образования пары «электрон – дырка» называют генерацией свободных носителей заряда.
Процесс образования пары «электрон – дырка» называют генерацией свободных носителей заряда.
После своего образования пара «электрон – дырка» существует в течение некоторого времени, называемого временем жизни носителей электрического заряда.
№24 слайд
Содержание слайда: В течение времени жизни носители
В течение времени жизни носители
участвуют в тепловом движении, взаимодействуют с электрическими и магнитными полями как единичные электрические заряды,
перемещаются под действием градиента концентрации,
а затем рекомбинируют, т. е. электрон восстанавливает ковалентную связь (2).
№25 слайд
Содержание слайда: При рекомбинации электрона и дырки происходит высвобождение энергии.
При рекомбинации электрона и дырки происходит высвобождение энергии.
В зависимости от того, как расходуется эта энергия, рекомбинацию можно разделить на два вида: излучательную и безызлучательную.
№26 слайд
Содержание слайда: Излучательной является рекомбинация, при которой энергия, освобождающаяся при переходе электрона на более низкий энергетический уровень, излучается в виде кванта света – фотона.
Излучательной является рекомбинация, при которой энергия, освобождающаяся при переходе электрона на более низкий энергетический уровень, излучается в виде кванта света – фотона.
№27 слайд
Содержание слайда: При безызлучательной рекомбинации избыточная энергия передается кристаллической решетке полупроводника, т.е. избыточная энергия идет на образование фононов – квантов тепловой энергии.
При безызлучательной рекомбинации избыточная энергия передается кристаллической решетке полупроводника, т.е. избыточная энергия идет на образование фононов – квантов тепловой энергии.
№28 слайд
Содержание слайда: Генерация пар носителей «электрон – дырка» и появление собственной электропроводности полупроводника может происходить и при любом другом способе энергетического воздействия на полупроводник – квантами лучистой энергии, ионизирующим излучением и т.д.
Генерация пар носителей «электрон – дырка» и появление собственной электропроводности полупроводника может происходить и при любом другом способе энергетического воздействия на полупроводник – квантами лучистой энергии, ионизирующим излучением и т.д.
№29 слайд
Содержание слайда: Распределение электронов по энергетическим уровням
Вероятность заполнения электроном энергетического уровня W при температуре T определяется функцией распределения Ферми:
№30 слайд
Содержание слайда: где T – температура в градусах Кельвина; k – постоянная Больцмана; WF – энергия уровня Ферми (средний энергетический уровень, вероятность заполнения которого равна 0,5 при T = 0 К ).
№31 слайд
Содержание слайда: Соответственно функция (1- fn(W)) определяет вероятность того, что квантовое состояние с энергией E свободно от электрона, т. е. занято дыркой
№32 слайд
Содержание слайда: При T = 0 К все энергетические уровни, находящиеся выше уровня Ферми, свободны.
№33 слайд
Содержание слайда: При T > 0 К увеличивается вероятность заполнения электроном энергетического уровня, расположенного выше уровня Ферми.
При T > 0 К увеличивается вероятность заполнения электроном энергетического уровня, расположенного выше уровня Ферми.
Ступенчатый характер функции распределения сменяется на более плавный.
№34 слайд
Содержание слайда: Примесная электропроводность полупроводников
Электропроводность полупроводника может обусловливаться не только генерацией пар носителей «электрон – дырка» вследствие какого-либо энергетического воздействия, но и введением в структуру полупроводника определенных примесей.
№35 слайд
Содержание слайда: Примеси бывают
Примеси бывают
1) донорного типа,
2) акцепторного типа.
№36 слайд
Содержание слайда: Донорные примеси
Донор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электроном и способный в возбужденном состоянии отдать электрон в зону проводимости.
№37 слайд
Содержание слайда: Пример донорной примеси – сурьма (Sb) (элемент V группы таблицы Менделеева).
Пример донорной примеси – сурьма (Sb) (элемент V группы таблицы Менделеева).
№38 слайд
Содержание слайда: Связь с ядром пятого электрона атома примеси слабее по сравнению с другими электронами.
Связь с ядром пятого электрона атома примеси слабее по сравнению с другими электронами.
Под действием теплового колебания атомов кристаллической решетки связь этого электрона с атомом легко разрушается, и он переходит в зону проводимости, становясь при этом свободным носителем электрического заряда.
№39 слайд
Содержание слайда: Атом примеси, потеряв один электрон, становится положительно заряженным ионом с единичным положительным зарядом.
Атом примеси, потеряв один электрон, становится положительно заряженным ионом с единичным положительным зарядом.
Он не может перемещаться внутри кристалла, так как связан с соседними атомами полупроводника межатомными связями, и может лишь совершать колебательные движения около положения равновесия в узле кристаллической решетки.
Электрическая нейтральность кристалла полупроводника не нарушается, так как заряд каждого электрона, перешедшего в зону проводимости, уравновешивается положительно заряженным ионом примеси.
№40 слайд
Содержание слайда: Таким образом, полупроводник приобретает свойство примесной электропроводности, обусловленной наличием свободных электронов в зоне проводимости.
Таким образом, полупроводник приобретает свойство примесной электропроводности, обусловленной наличием свободных электронов в зоне проводимости.
Этот вид электропроводности называется электронной и обозначается буквой n (негативная, отрицательная проводимость), а полупроводники с таким типом проводимости называются полупроводниками n-типа.
№41 слайд
Содержание слайда: Уровень Ферми будет смещаться вверх, к границе зоны проводимости Wп . Малейшее приращение энергии электрона приводит к его переходу в зону проводимости.
Уровень Ферми будет смещаться вверх, к границе зоны проводимости Wп . Малейшее приращение энергии электрона приводит к его переходу в зону проводимости.
№42 слайд
Содержание слайда: Акцепторные примеси
Акцептор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.
№43 слайд
Содержание слайда: Если в кристаллическую решетку полупроводника кремния ввести атомы примеси - индия (In) (элемент III группы таблицы Менделеева), имеющего на наружной электронной оболочке три валентных электрона, то эти три валентных электрона устанавливают прочные ковалентные связи с тремя соседними атомами кремния из четырех.
Если в кристаллическую решетку полупроводника кремния ввести атомы примеси - индия (In) (элемент III группы таблицы Менделеева), имеющего на наружной электронной оболочке три валентных электрона, то эти три валентных электрона устанавливают прочные ковалентные связи с тремя соседними атомами кремния из четырех.
№44 слайд
Содержание слайда: Одна из связей остается не заполненной.
Одна из связей остается не заполненной.
Заполнение этой свободной связи может произойти за счет электрона, перешедшего к атому примеси от соседнего атома основного полупроводника при нарушении какой-либо связи.
№45 слайд
Содержание слайда: Атом примеси, приобретая лишний электрон, становится отрицательно заряженным ионом, а дырка, образовавшаяся в атоме основного полупроводника, имея единичный положительный заряд, может перемещаться от одного атома полупроводника к другому внутри кристалла.
Атом примеси, приобретая лишний электрон, становится отрицательно заряженным ионом, а дырка, образовавшаяся в атоме основного полупроводника, имея единичный положительный заряд, может перемещаться от одного атома полупроводника к другому внутри кристалла.
№46 слайд
Содержание слайда: Такой тип проводимости называется дырочным и обозначается буквой p (позитивный, положительный тип проводимости), а полупроводник называется полупроводником р-типа.
Такой тип проводимости называется дырочным и обозначается буквой p (позитивный, положительный тип проводимости), а полупроводник называется полупроводником р-типа.
№47 слайд
Содержание слайда: Орицательно заряженные ионы акцепторной примеси в полупроводнике р-типа не могут перемещаться внутри кристалла, так как находятся в узлах кристаллической решетки и связаны межатомными связями с соседними атомами полупроводника.
Орицательно заряженные ионы акцепторной примеси в полупроводнике р-типа не могут перемещаться внутри кристалла, так как находятся в узлах кристаллической решетки и связаны межатомными связями с соседними атомами полупроводника.
В целом полупроводниковый кристалл остается электрически нейтральным.
№48 слайд
Содержание слайда: Вероятность захвата электрона и перехода его в валентную зону возрастает в полупроводниках p-типа, поэтому уровень Ферми здесь смещается вниз, к границе валентной зоны
Вероятность захвата электрона и перехода его в валентную зону возрастает в полупроводниках p-типа, поэтому уровень Ферми здесь смещается вниз, к границе валентной зоны
№49 слайд
Содержание слайда: При очень больших концентрациях примесей в полупроводниках уровень Ферми может даже выходить за пределы запрещенной зоны либо в зону проводимости (в полупроводниках n-типа) либо в зону валентную (в полупроводниках p-типа). Такие полупроводники называются вырожденными.
При очень больших концентрациях примесей в полупроводниках уровень Ферми может даже выходить за пределы запрещенной зоны либо в зону проводимости (в полупроводниках n-типа) либо в зону валентную (в полупроводниках p-типа). Такие полупроводники называются вырожденными.
Скачать все slide презентации Физические основы работы полупроводниковых приборов. Энергетические уровни и зоны одним архивом:
