Informacion bazë për gjysmëpërçuesit.

Sipas vlerës specifike rezistenca elektrike gjysmëpërçuesit zënë një pozicion të ndërmjetëm midis përçuesve të mirë (σ = 10 6 -10 4 Ohm -1 cm -1) dhe dielektrikëve (σ = -12 - 10 -10 Ohm -1 cm -1). Gjysmëpërçuesit përfshijnë shumë elementet kimike(germanium, silikon, selen, indium, telur, arseniku, etj.), sasi e madhe aliazhet dhe komponimet kimike. Pothuajse gjithçka substancave inorganike bota rreth nesh - gjysmëpërçuesit. Gjysmëpërçuesi më i zakonshëm në natyrë është silikoni, i cili përbën rreth 30% të kores së tokës.

Përveç temperaturës, përçueshmëria elektrike e gjysmëpërçuesve ndikohet nga një fushë e fortë elektrike, presioni, ekspozimi ndaj optikës dhe rrezatimi jonizues, prania e papastërtive dhe faktorëve të tjerë që mund të ndryshojnë strukturën e një substance dhe gjendjen e elektroneve. Kjo rrethanë luan rol vendimtar në përdorime të shumta dhe të ndryshme gjysmëpërçuesit.

Dallimi cilësor midis gjysmëpërçuesve dhe metaleve manifestohet kryesisht në varësinë e rezistencës nga temperatura. Me uljen e temperaturës, rezistenca e metaleve zvogëlohet. Në gjysmëpërçuesit, përkundrazi, me uljen e temperaturës, rezistenca rritet dhe afrohet zero absolute praktikisht bëhen izolues.

Varësia e rezistencës së një gjysmëpërçuesi të pastër nga temperatura.

Kjo sjellje e varësisë ρ(T) tregon se në gjysmëpërçues përqendrimi i bartësve të ngarkesës së lirë nuk mbetet konstant, por rritet me rritjen e temperaturës. Mekanizmi rrymë elektrike në gjysmëpërçues nuk mund të shpjegohet brenda modelit të gazit elektrone të lira. Le ta shqyrtojmë në mënyrë cilësore këtë mekanizëm duke përdorur shembullin e germaniumit (Ge). Në një kristal silikoni (Si) mekanizmi është i ngjashëm.

Atomet e gjermaniumit kanë katër elektrone të lidhura dobët në shtresën e tyre të jashtme. Këto quhen elektrone kovalente. Në një rrjetë kristali, çdo atom është i rrethuar nga katër fqinjët më të afërt. Lidhja midis atomeve në një kristal germanium është kovalente, d.m.th., ndodh në çifte elektronet e valencës. Çdo elektron valence i përket dy atomeve.

Lidhjet çift-elektroni në një kristal germanium dhe formimi i një çifti elektron-vrima

Elektronet e valencës në një kristal germanium janë shumë më fort të lidhur me atomet sesa te metalet; Prandaj, përqendrimi i elektroneve të përcjelljes në temperaturën e dhomës në gjysmëpërçues është shumë herë më i ulët se në metale. Pranë temperaturës zero absolute në një kristal germanium, të gjitha elektronet janë të zënë në formimin e lidhjeve. Një kristal i tillë nuk përcjell rrymë elektrike.

Ndërsa temperatura rritet, disa nga elektronet e valencës mund të fitojnë energji të mjaftueshme për t'u thyer lidhje kovalente. Pastaj elektronet e lira (elektrone përçuese) do të shfaqen në kristal. Në të njëjtën kohë, vende të lira formohen në vendet ku lidhjet janë thyer, të cilat nuk janë të zëna nga elektronet. Këto vende të lira quhen vrima. Vendi i lirë mund të zërë një elektron valence nga një çift fqinj, atëherë vrima do të zhvendoset në një vend të ri në kristal. Në një temperaturë të caktuar gjysmëpërçuesi, një numër i caktuar çiftesh elektron-vrima formohen për njësi të kohës. Në të njëjtën kohë koha kalon procesi i kundërt - kur një elektron i lirë takon një vrimë, lidhja elektronike midis atomeve të germaniumit rikthehet. Ky proces quhet rikombinim. Çiftet elektron-vrima mund të krijohen gjithashtu kur ndriçojnë një gjysmëpërçues për shkak të energjisë rrezatimi elektromagnetik. Në mungesë fushë elektrike elektronet dhe vrimat e përcjelljes marrin pjesë në lëvizjen termike kaotike.

Përqendrimi i elektroneve të përcjelljes në një gjysmëpërçues është i barabartë me përqendrimin e vrimave: n n = n p. Mekanizmi i përcjelljes së vrimave elektronike manifestohet vetëm në gjysmëpërçues të pastër (d.m.th., pa papastërti). Është quajtur Me përçueshmëri elektrike private gjysmëpërçuesit .

Nëse ka papastërti përçueshmëri elektrike gjysmëpërçuesit ndryshojnë shumë. Për shembull, shtimi i papastërtive të fosforit në një kristal silikoni në një sasi prej 0,001 përqind atomike zvogëlon rezistenca me më shumë se pesë rend të madhësisë. Kjo ndikim të fortë papastërtitë mund të shpjegohen në bazë të ideve të mësipërme për strukturën e gjysmëpërçuesve. Një kusht i domosdoshëm Një rënie e mprehtë e rezistencës së një gjysmëpërçuesi me futjen e papastërtive është ndryshimi në valencën e atomeve të papastërtive nga valenca e atomeve kryesore të kristalit.

Përçueshmëria e gjysmëpërçuesve në prani të papastërtive quhet përçueshmëria e papastërtive . Ka dy lloje përçueshmëria e papastërtive – elektroni dhe vrima.

Përçueshmëri elektronike ndodh kur atomet pesëvalente (për shembull, atomet e arsenikut, As) futen në një kristal germanium me atome tetravalente. Gjysmëpërçues n - tip. Një atom arseniku në një rrjetë kristali germanium.

Figura tregon një atom arseniku pesëvalent të gjetur në vend rrjetë kristali Gjermania. Katër elektronet valente të atomit të arsenikut përfshihen në formimin e lidhjeve kovalente me katër atome fqinje të germaniumit. Elektroni i pestë i valencës doli të ishte i tepërt; shkëputet lehtësisht nga atomi i arsenikut dhe bëhet i lirë. Një atom që ka humbur një elektron bëhet një jon pozitiv i vendosur në një vend në rrjetën kristalore. Një papastërti e atomeve me një valencë që tejkalon valencën e atomeve kryesore të një kristali gjysmëpërçues quhet papastërtia e donatorëve . Si rezultat i futjes së tij, një numër i konsiderueshëm i elektroneve të lira shfaqen në kristal. Kjo çon në një rënie të mprehtë të rezistencës së gjysmëpërçuesit - mijëra dhe madje miliona herë. Rezistenca e një përcjellësi me një përmbajtje të lartë papastërtish mund të afrohet me atë të një përcjellësi metalik.

Në një kristal germanium me një përzierje arseniku, ka elektrone dhe vrima përgjegjëse për përçueshmërinë e vetë kristalit. Por lloji kryesor i bartësve të ngarkesës së lirë janë elektronet e shkëputura nga atomet e arsenikut. Në një kristal të tillë n n >> n p. Përçueshmëri e tillë quhet elektronike, dhe një gjysmëpërçues me përçueshmëri elektronike, thirri gjysmëpërçues i tipit n.

Përçimi i vrimës ndodh kur atomet trevalente (për shembull, atomet e indiumit, In) futen në një kristal germanium. Figura tregon një atom indium që, duke përdorur elektronet e tij valente, ka krijuar lidhje kovalente me vetëm tre atome fqinje të germaniumit.

Gjysëmpërçues i tipit P. Atomi i Indisë në rrjetën kristalore të germaniumit

Atomi i indiumit nuk ka një elektron për të formuar një lidhje me atomin e katërt të germaniumit. Ky elektron që mungon mund të kapet nga atomi i indiumit nga lidhja kovalente e atomeve fqinje të germaniumit. Në këtë rast, atomi i indiumit shndërrohet në jon negativ, i vendosur në një vend të rrjetës kristalore dhe formohet një boshllëk në lidhjen kovalente të atomeve fqinje. Një përzierje e atomeve të afta për të kapur elektrone quhet papastërti pranuese. Si rezultat i futjes së një papastërtie pranuese, shumë lidhje kovalente thyhen në kristal dhe formohen boshllëqe (vrima). Elektronet nga lidhjet kovalente fqinje mund të kërcejnë në këto vende, gjë që çon në bredhje kaotike të vrimave në të gjithë kristalin.

Prania e një papastërtie pranuesi zvogëlon ndjeshëm rezistencën e gjysmëpërçuesit për shkak të pamjes numër i madh vrima të lira. Përqendrimi i vrimave në një gjysmëpërçues me një papastërti pranuesi tejkalon ndjeshëm përqendrimin e elektroneve që u ngrit për shkak të mekanizmit të përçueshmërisë elektrike të vetë gjysmëpërçuesit: n p >> n n . Ky lloj përçueshmërie quhet përçueshmëria e vrimës. Një gjysmëpërçues papastërti me përçueshmëri vrimash quhet gjysmëpërçues i tipit p. Transportuesit kryesorë të ngarkesës falas në gjysmëpërçuesit e tipit p janë vrimat.

Duhet theksuar se përçueshmëria e vrimës është në fakt për shkak të lëvizjes rele të elektroneve nëpër vende të lira nga një atom germanium në tjetrin, të cilat kryejnë një lidhje kovalente.

Për gjysmëpërçuesit e tipit n dhe p, ligji i Ohm-it plotësohet në intervale të caktuara të rrymës dhe tensionit, me kusht që përqendrimet e bartësve të lirë të jenë konstante.

Materialet e ngurta ndahen në mënyrë konvencionale në përçues, gjysmëpërçues dhe dielektrikë. Kjo ndarje lidhet me sasinë (përqendrimin) e bartësve të ngarkesës falas në material. Një transportues ngarkese falas është një bartës ngarkese që mund të lëvizë lirshëm në rrjetën kristalore të një materiali. Sa më shumë të jenë këta bartës të lirë, aq më e madhe është përçueshmëria e materialit.

Në përçuesit s.n. shumë dhe përçueshmëria e tij është e lartë (rezistenca është e ulët)

Në dielektrikë - praktikisht asnjë, rezistenca është SHUMË e lartë.

PP zë një pozicion të ndërmjetëm si për sa i përket numrit të s.n.

Diagramet e energjisë (bandës) të gjysmëpërçuesve.

Çdo shtresë elektronike në një atom të vetëm korrespondon me një nivel të caktuar energjie. Nëse energjia vizatohet vertikalisht, atëherë nivelet e energjisë predha elektronike Atomi Si mund të përfaqësohet si tre vija horizontale (Figura 1, a). Në këtë rast, vija e sipërme korrespondon me energjinë e elektronit. Kur atomet ndërveprojnë në një rrjetë kristalore, nivelet e energjisë së elektroneve zhvendosen ("çkëputen"), duke formuar zonat energjetike (Figura 1, b). Elektronet e brendshme të shtresës së atomeve ndërveprojnë dobët me atomet e tjerë të rrjetës kristalore, pasi ato, si të thuash, janë të mbrojtura nga shtresa e jashtme. Prandaj, zonat e brendshme të energjisë janë më të ngushta se ato të jashtme. Fig. Meqenëse elektronet me nivele të energjisë që shtrihen në brezat e brendshëm nuk mund të marrin pjesë në procesin e përçueshmërisë elektrike, ato zakonisht nuk përshkruhen në diagramet e energjisë dhe energjia llogaritet nga niveli më i ulët B3. Figura 2 tregon diagramet e energjisë (bandës) të Si dhe Ge.

NË
ndodhet mbi B3 Paga që është një grup nivelesh energjie të elektroneve të lira. Kjo zonë quhet ndonjëherë falas. Midis B3 dhe ZP ekziston ZZ me një gjerësi të barabartë me energjinë minimale që duhet t'i jepet B. Elektroni në mënyrë që të mund të shkëputet nga atomi dhe të bëhet i lirë (që elektroni të lëvizë nga niveli më i lartë B3W B në niveli më i ulët ZPW P), d.m.th. 1.12 eV për Si dhe 0.72 eV për Ge. Kjo zonë quhet e ndaluar sepse një elektron nuk mund të qëndrojë në të për një kohë të gjatë (d.m.th., të ketë nivele energjie që korrespondojnë me këtë zonë për një kohë të gjatë). Nëse elektroni ka marrë energji shtesë që është më pak se ajo e nevojshme për ndarjen e tij nga atomi, për shembull, për Si më pak se 1.12 eV, atëherë elektroni lëviz vetëm në një orbitë më të largët nga bërthama. Kjo gjendje e atomit zakonisht quhet i emocionuar. Elektroni shpejt kthehet në orbitën e tij normale, duke lëshuar energjinë e marrë më parë në hapësirën përreth në formën e një valë elektromagnetike - një foton.

Në teorinë e brezit, shpesh përdoren shprehjet e mëposhtme: elektroni lëviz nga VB në CB, elektroni lëviz në CB etj. Duhet të theksohet se kjo i referohet niveleve të energjisë së elektroneve, dhe vetë elektronet, natyrisht, nuk lëvizin në breza, por në kristalin gjysmëpërçues.

Niveli i Fermit

Probabiliteti që një elektron të jetë në një nivel të caktuar energjie në temperaturën T përcaktohet nga funksioni Fermi-Dirac:

ku W F është niveli i energjisë i quajtur niveli Fermi.

Në T=0K, probabiliteti që elektronet të zënë nivele WW F është zero:

dhe nivelet WW F njësi:

E Energjia për kalimin në brezin e përcjelljes merret nga dridhjet termike. Prandaj, në T = 0K nuk ka elektrone të lirë në gjysmëpërçues (asnjë nivel i vetëm në zonën e ngarkesës nuk është i zënë nga një elektron), të gjitha elektronet janë në orbita (në zonën e ngarkesës), prandaj, zonat e ngarkesës së energjisë korrespondojnë me kushtin WW F dhe nivelet e energjisë së zonës së ngarkesës korrespondojnë me kushtin WW F. Kjo sugjeron që niveli Fermi W F ndodhet nën "fundin" e ZPW P dhe mbi "tavanin" e ZPW B, d.m.th. në ZZ. Në Fig. Figura 3 tregon kthesat e funksionit Fermi – Dirac.

Në T=0K funksioni f n (W) ka karakter hap pas hapi. Probabiliteti që elektronet të zënë nivele në ZP = 0, dhe në VZ = 1.

Në T 0°K, ka një probabilitet të vogël që elektronet të zënë nivele në zonën e tokës, dhe probabiliteti i zënës së niveleve në zonën e tokës zvogëlohet në përputhje me rrethanat.

Nga formula Fermi-Dirac është e qartë se në një temperaturë të ndryshme nga zero absolute (T0), niveli Fermi është një nivel i tillë energjie. niveliW = W F, probabiliteti formal për ta mbushur atë me një elektron është 0,5 (pasi e = 1).

Formalisht, sepse niveli Fermi është në hendekun e brezit dhe në fakt nuk mund të pushtohet nga një elektron. Kështu, vetëm ata pjesëmarrës në kurbën e shpërndarjes f n (W) që ndodhen në ZP dhe në VZ kanë një kuptim specifik.

Kurba e shpërndarjes Fermi-Dirac është gjithmonë simetrike në lidhje me nivelin e Fermit. Nga kjo, në veçanti, rrjedh se në një gjysmëpërçues të brendshëm niveli Fermi ndodhet në mes të hendekut të brezit. Ndërsa temperatura rritet nga zero, shfaqet një probabilitet i caktuar i okupimit të elektroneve nivelet e energjisë në rrogë. Por në të njëjtën kohë, probabiliteti për të gjetur elektrone në hendekun e ajrit zvogëlohet me të njëjtën sasi. Është e lehtë të shihet se me një vendosje simetrike të kurbës së shpërndarjes f n (W) në raport me nivelin e Fermit, kjo është e mundur vetëm nëse niveli i Fermit ndodhet në mes të zonës kufitare.

PROGRAMI MINIMUM

provimi i kandidatit në specialitet

01.04.10 " Fizika e gjysmëpërçuesve"

në shkencat teknike dhe fiziko-matematikore

Hyrje

Baza të këtij programi përcaktoi seksionet kryesore Njohuritë bazë të fizikës së gjysmëpërçuesve lidhur me problemet kryesore fizike të kësaj fushe, bazat e teknologjisë dhe funksionimin e pajisjeve të bazuara në materiale gjysmëpërçuese.

Programi është zhvilluar këshilla të ekspertëve Më e lartë komisioni i certifikimit Ministria e Arsimit Federata Ruse në fizikë me pjesëmarrjen e Moskës universiteti shtetëror ato. M.V. Lomonosov, Instituti Fizikoteknik me emrin. A.F. Ioffe RAS, IPP SB RAS, IRE RAS, Instituti Fizik Lebedev. P.N Lebedev, IPM RAS ( Nizhny Novgorod) dhe Universiteti Teknik Shtetëror i Shën Petersburgut.

1. Lidhja kimike dhe struktura atomike e gjysmëpërçuesve

Konfigurimi elektronik lëvozhgat e jashtme të atomeve dhe llojet e forcave lidhëse në trupat e ngurtë. Van der Waals, lidhjet jonike dhe kovalente.

Strukturat e gjysmëpërçuesve më të rëndësishëm - elementet A IV, A VI dhe me lidhjet e tipeve A III B V, A II B VI, A IV B VI.

Simetria e kristaleve. Simetria përkthimore e kristaleve. Baza dhe struktura kristalore. Qelizë njësi. Qelizë primitive. Qeliza Wigner-Seitz. Rrjeti Bravais. Emërtimet e nyjeve, drejtimeve dhe planeve në një kristal. Grilë reciproke, vetitë e saj. Zona Brillouin.

Papastërtitë dhe defektet strukturore në gjysmëpërçuesit kristalorë dhe amorfë. Natyra kimike Dhe vetitë elektronike papastërtitë. Defektet e pikës, vijës dhe dydimensionale.

2. Bazat e teknologjisë së gjysmëpërçuesve
dhe metodat për përcaktimin e parametrave të tyre

Metodat për rritjen e kristaleve të vetme me shumicë nga fazat e lëngëta dhe të gazit.

Metodat për rritjen e filmave epitaksial (epitaksi nga fazat e lëngëta dhe të gazit).

Epitaksia e rrezeve molekulare. Epitaksi metal-organike.

Metodat e dopingut të gjysmëpërçuesve.

Metodat kryesore për përcaktimin e parametrave të gjysmëpërçuesve: hendeku i brezit, lëvizshmëria dhe përqendrimi i bartësve të lirë, jetëgjatësia e transportuesve të pakicës, përqendrimi dhe thellësia e papastërtisë dhe nivelet e defektit.

3. Bazat teoria e brezit gjysmëpërçuesit

Përafrime bazë të teorisë së brezit. Funksioni i valës elektron në një fushë periodike të një kristali. Teorema e Bloch. Zona Brillouin. Zonat energjetike.

Ligjet e dispersionit për gjysmëpërçuesit më të rëndësishëm. Sipërfaqet izoenergjetike. Tensor i masës inverse efektive. Dendësia e gjendjeve. Karakteristikat e Van Hove.

Ekuacionet e lëvizjes së elektroneve dhe vrimave në fushat e jashtme. Metoda efektive e masës. Lakimi i brezave të energjisë në një fushë elektrike. Lëvizja e elektroneve dhe vrimave në një fushë magnetike. Përcaktimi i masave efektive nga rezonanca ciklotron (diamagnetike). Marrëdhënia midis strukturës së brezit dhe vetive optike të një gjysmëpërçuesi.

Nivelet e energjisë të krijuara nga qendrat e papastërtive në gjysmëpërçuesit. Donatorët dhe pranuesit. Nivele të cekëta dhe të thella. Qendrat e papastërtive të ngjashme me hidrogjenin.

4. Statistikat e ekuilibrit të elektroneve dhe vrimave
në gjysmëpërçues

Funksioni i shpërndarjes së elektroneve. Përqendrimi i elektroneve dhe vrimave në breza, dendësia efektive e gjendjeve. Gaz elektron (vrima) jo të degjeneruar dhe të degjeneruar. Përqendrimet e elektroneve dhe vrimave në nivele lokale. Faktorët e degjenerimit të gjendjeve të papastërtive.

Pozicioni i nivelit Fermi dhe përqendrimi ekuilibër i elektroneve dhe vrimave në gjysmëpërçuesit e brendshëm dhe të papastër (të pakompensuar dhe të kompensuar). Qendrat e papastërtive të shumëngarkuara.

5. Dukuritë kinetike në gjysmëpërçues

Koeficientët kinetikë – përçueshmëri, konstante e sallës dhe termo-emf. Shpejtësia e lëvizjes, drift dhe lëvizshmëri Hall, faktor Hall. Drift dhe rrymë difuzioni. Lidhja e Ajnshtajnit.

Mekanizmat e shpërndarjes së bartësit të ngarkesës në një rrjetë joideale. Ndërveprimi i transportuesve të ngarkesës me fonone akustike dhe optike. Shpërndarja e bartësve të ngarkesës nga papastërtitë e ngarkuara dhe neutrale. Elektrone të nxehta. Përçueshmëri diferenciale negative. Paqëndrueshmëria elektrike; domenet elektrike dhe kordonët e rrymës.

6. Rikombinimi i elektroneve dhe vrimave në dysheme përçuesit

Gjenerimi dhe rikombinimi i bartësve të ngarkesës jo ekuilibër. Kuazi-ekuilibër, nivele kuazi-Fermi. Ekuacioni i kinetikës së rikombinimit. Stinët e jetës. Fotopërçueshmëri.

Mekanizmat e rikombinimit. Rikombinim rrezatues dhe jo rrezatues. Rikombinimi ndërbandor. Rikombinimi përmes niveleve të papastërtive dhe defekteve. Qendrat e ngjitjes. Rikombinimi i gomës.

Shpërndarjet hapësinore jo-ekuilibruese të bartësve të ngarkesës. Difuzioni ambipolar. Efekti i dhjetorit. Gjatësia e difuzionit të bartësve të ngarkesës jo ekuilibër.

7. Dukuritë e kontaktit në gjysmëpërçues

Diagrami i brezave të energjisë në një kontakt metal-gjysmëpërçues. Shtresat e pasuruara, të varfëruara dhe të përmbysjes së ngarkesës hapësinore pranë kontaktit. Karakteristikat e tensionit aktual të pengesës Schottky.

Diagrami i energjisë p-n tranzicionit. Injektimi i transportuesve të ngarkesave të pakicës në p-n tranzicionit.

Heterunksionet. Diagramet energjetike të heterobashkimeve.

Gjysmëpërçuesit varibandë.

8. Vetitë e sipërfaqes së gjysmëpërçuesve

Gjendjet sipërfaqësore dhe zonat sipërfaqësore. Lakimi i brezit, ngarkesa dhe shpërndarja e potencialit pranë sipërfaqes. Rikombinimi i sipërfaqes.

Efekti në terren.

Nivelet e Tammov. Shkalla e rikombinimit të sipërfaqes.

9. Dukuritë optike në gjysmëpërçues

Konstanta komplekse dielektrike, indeksi i thyerjes, koeficienti i reflektimit, koeficienti i përthithjes. Lidhja mes tyre dhe marrëdhëniet Kramers-Kronig.

Tranzicionet ndërzonale. Kufiri i vetë-thithjes në rastin e tranzicioneve direkte dhe indirekte, të lejuara dhe të ndaluara. Thithja dhe emetimi i eksitonit. Emetim spontan dhe i stimuluar.

Thithja e dritës në transportuesit e ngarkesës falas.

Thithja e dritës nga dridhjet e rrjetës. Shpërndarja e dritës nga dridhjet e rrjetës, shpërndarja Raman nga fononet optike (Raman – Landsberg), shpërndarja nga fononet akustike (Brillouin – Mandelstam).

Ndikimi i papastërtive në vetitë optike. Struktura e papastërtisë së spektrit optik pranë skajit të përthithjes së brendshme në gjysmëpërçuesit me hendek direkt dhe indirekt. Rikombinimi rrezatues ndër-papastërti. Ekcitonet e lidhura në qendrat e papastërtive.

Dukuritë optike në fushat e jashtme. Efekti Franz-Keldysh. Efekti i xhepit.

Efekti Burstein-Moss.

Efektet Faraday dhe Voigt.

10. Dukuritë fotoelektrike

Papastërtia dhe fotopërçueshmëria e brendshme. Efekti i ngjitjes së bartësve të ngarkesës jo ekuilibër në fotopërçueshmëri.

Rimbushja optike e niveleve lokale dhe efektet përkatëse. Përçueshmëri e stimuluar termikisht.

Ngrohja me foto e transportuesve të ngarkesës.

Efekti fotoelektromagnetik.

11. Gjysem percjelles jo kristalor

Gjysmëpërçues amorfë dhe të qelqtë. Struktura e matricës atomike të gjysmëpërçuesve jokristalorë. Xhami perfekt. Gjysmëpërçues amorfë të hidrogjenizuar.

Karakteristikat e spektrit elektronik të energjisë së gjysmëpërçuesve të çrregullt. Dendësia e gjendjeve. Lokalizimi i gjendjeve elektronike. Hendeku i lëvizshmërisë.

Dopingu i gjysmëpërçuesve jo kristalorë.

Mekanizmat e transferimit të bartësit të ngarkesës. Përçimi kërcyes. Ligji i Motit.

Spektrat absorbimi optik materiale jo kristalore. Rregulli i Urbahut.

Proceset jo stacionare. Përcaktimi i lëvizshmërisë së lëvizjes nga matjet e kohës së fluturimit. Transferimi dispersiv.

Ndikimi ndikimet e jashtme mbi vetitë e gjysmëpërçuesve jokristalorë. Gjendjet metastabile.

12. Strukturat gjysmëpërçuese dimensionale të reduktuara
dhe supergrilat

Kuantizimi dimensional. Dy-dimensionale dhe pothuajse dy-dimensionale sistemet elektronike dhe strukturat në të cilat ato zbatohen. Supergrilat kompozicionale kundër dhe bashkëvariante, supergrilat e dopingut të dopingut. Fijet kuantike. Pikat kuantike. Spektri energjetik i elektroneve dhe dendësia e gjendjeve në këto sisteme.

Dukuritë optike në strukturat me puse kuantike, rregullat e përzgjedhjes për tranzicionet interband dhe intraband (ndërnënband). Absorbimi ndërbandor dhe rikombinimi rrezatues në këto struktura. Ekcitonet në puset kuantike, efekti Stark me madhësi kuantike.

Dukuritë elektrike dhe galvanomagnetike në strukturat dydimensionale. Efekti Shubnikov-de Haas. Vështrim i përgjithshëm O efekt kuantik Holla.

13. Parimet e funksionimit të pajisjeve gjysmëpërçuese

Karakteristika e rrymës-tensionit p-n tranzicionit. Pajisjet që përdorin p-n tranzicionet.

Diodë tuneli. Diodë Gunn. Tranzistor bipolar. Tiristor.

Diagrami energjetik i strukturës metal-izolator-gjysmëpërçues

( TIR). Tranzistorë me efekt në terren të bazuar në strukturat MIS. Pajisjet me karikim lidhje helmuese.

Zhurma në pajisjet gjysmëpërçuese.

Fotocelat dhe fotodiodat. Ndjeshmëria spektrale dhe aftësia e zbulimit. Detektorë të rrezatimit bërthamor gjysmëpërçues. Konvertuesit fotoelektrikë, efikasiteti i konvertimit.

LED dhe lazer gjysmëpërçues. Lazer me injeksion të bazuar në heterostruktura të dyfishta.

Përdorimi i nanostrukturave në pajisjet gjysmëpërçuese. Heterotransistor me dydimensionale gaz elektronik(HEMT). Heterolazerët e bazuar në struktura me puse kuantike dhe pika kuantike. Tunelizim rezonant në një heterostrukturë me barrierë të dyfishtë dhe një diodë tunelimi rezonante. Modulator optik i bazuar në efektin Stark me madhësi kuantike.

Literatura bazë

Bonch-Bruevich V.L., Kallashnikov S.G. Fizika e gjysmëpërçuesve. M.: Nauka, 1979.

Ziman J. Parimet e Teorisë të ngurta. M.: Mir, 1974.

Kireev P.S. Fizika e gjysmëpërçuesve. M.: Më e lartë. shkollë, 1975.

Shalimova K.V. Fizika e gjysmëpërçuesve. M.: Energoatomizdat, 1985.

Zi S. Fizika e pajisjeve gjysmëpërçuese. M.: Mir, 1984.

Mott N., Mott E. Proceset elektronike në jokristalore poza. M.: Mir, 1974.

Mott Yu.I. Vetitë optike të gjysmëpr vodnikov. M.: Nauka, 1977.

Shënim. Gjatë përgatitjes për provimin teknik shkencat e nevojshme vëmendje të veçantë referojuni seksionit 13 të programit.

FIZIKA E GJYSMËPËRQËSVE

Një fushë tjetër e fizikës, në të cilën akademiku A.F. Ioffe dha gjithashtu një kontribut të madh, të njohur përgjithësisht, së bashku me studentët e tij, është fizika e gjysmëpërçuesve. Sot është e vështirë për ne të imagjinojmë fizikën pa këtë fushë shumë të rëndësishme, por tridhjetë vite shtesë më parë, kur A.F. Ioffe filloi kërkime sistematike vetitë e gjysmëpërçuesve, shumë fizikantë ishin shumë kritikë ndaj kësaj përpjekjeje. Në atë kohë, dukej se vetëm metalet dhe dielektrikët ishin materiale të denja për seriozitet hulumtim fizik. Përçuesit dhe izoluesit janë të rëndësishëm dhe të domosdoshëm për teknologjinë, por gjysmëpërçuesit, megjithëse përfshijnë shumicën e komponimeve natyrore, janë një material i padobishëm dhe jo premtues. Por akademiku A.F. Ioffe parashikoi shkëlqyeshëm rolin e madh revolucionar që gjysmëpërçuesit tashmë po luajnë në teknologji sot.

Në fillim, duhej të krijoheshin shumë - para së gjithash, metoda për marrjen e gjysmëpërçuesve dhe metodave mjaft të pastra përcaktim eksperimental vetitë e tyre themelore fizike: përqendrimi i bartësve të rrymës, lloji i përçueshmërisë (elektronike ose vrima), lëvizshmëria e bartësve, etj. Shumë nga këto metoda, të krijuara fillimisht nga A.F. Ioffe dhe studentët e tij, më pas u bënë klasike.

"Shkolla" e Ioffe kreu një seri të tërë studimesh pioniere të vetive elektrike, galvanomagnetike, termoelektrike dhe fotoelektrike të llojeve të ndryshme të gjysmëpërçuesve.

Një nga rezultatet më të rëndësishme marrë nga A.F. Ioffe dhe bashkëpunëtorët e tij ishte zbulimi i ndikimit të madh të papastërtive në vetitë elektrike gjysmëpërçuesit. A.F. Ioffe tregoi se papastërtitë jo vetëm që ndryshojnë përçueshmërinë e gjysmëpërçuesve në një gamë të gjerë, por madje mund të ndryshojnë shenjën e bartësve të rrymës, të shndërrojnë një gjysmëpërçues elektronik në një vrimë dhe anasjelltas. Për më tepër, roli i një papastërtie mund të luhet jo vetëm nga atomet e huaja, por edhe nga atomet e vetë gjysmëpërçuesit, nëse ka një tepricë ose mungesë të tyre. Për shembull, një tepricë (kundër raportit stoikiometrik) të atomeve të plumbit në një gjysmëpërçues PbS e bën këtë gjysmëpërçues elektronik dhe një tepricë e squfurit e bën atë një gjysmëpërçues vrimash.

A.F. Ioffe ishte i pari që formuloi dhe vërtetoi eksperimentalisht ide moderne për mekanizmin e veprimit ndreqës të gjysmëpërçuesve. Ai tregoi se shtresa bllokuese është formuar si rezultat i kontaktit të dy gjysmëpërçuesve me bartës të ndryshëm të rrymës - elektron dhe vrimën (në terminologjinë moderne " p-n-tranzicioni"). Në këtë rast, rryma mund të kalojë lirshëm vetëm në drejtimin në të cilin elektronet dhe vrimat lëvizin drejt njëri-tjetrit drejt kontaktit, ku takohen dhe rikombinohen. Në rastin e kundërt, elektronet dhe vrimat largohen nga njëra-tjetra dhe përçueshmëria e shtresës së kontaktit bie ndjeshëm, pasi shumë pak bartës të rrymës mbeten në të. Këto punime hapën rrugën për krijimin e ndreqësve gjysmëpërçues (diodave).

Studimi i vetive gjysmëpërçuese të një numri lidhjesh ndërmetalike që i përkasin të ashtuquajturave "daltonide" (ZnSb, Mg 3 Sb 2, Mg 2 Sn, etj.) - komponime tipike ciklike me lidhje valence, A.F. Ioffe krijoi një metodë për prodhimin e gjysmëpërçuesve me veti që ndryshojnë në një gamë të gjerë.

Sidomos vëmendje e madhe A.F. Ioffe i kushtoi kërkime vetive termoelektrike dhe fotoelektrike të gjysmëpërçuesve. Duke përdorur këto veti, është e mundur të krijohen metoda të reja për konvertimin e drejtpërdrejtë të energjisë së nxehtësisë dhe dritës në energji elektrike, më i besueshëm dhe ekonomik.

A.F. Ioffe zhvilloi teorinë e gjeneratorëve termoelektrikë dhe frigoriferëve termoelektrikë (duke përdorur efektin Pelte), duke hapur për teknologji moderne një zonë e re e madhe - energji gjysmëpërçuese. Nën udhëheqjen e tij, u krijuan dhjetëra lloje të reja të pajisjeve gjysmëpërçuese dhe pajisjeve të energjisë, të cilat morën një sërë aplikimesh praktike.

Fizika si shkencë dhe art Carl DARROW Nga një fjalim në një takim kushtuar 20 vjetorit të themelimit të Institutit Amerikan të Fizikës, padyshim që duhet ta filloj fjalimin tim duke përcaktuar se çfarë është fizika. Instituti Amerikan i Fizikës e ka formuluar tashmë këtë