1

1. Wstęp1.1.                     Przedmiot i zakres wykładu1.2. Przypomnienie podstawowych pojęć z fizyki współczesnej2.         Struktura ciał stałych2.1.                     wiązania w kryształach 2.2                      komórka prosta i elementarna, proste sieci krystalograficzne, 3. Elektron w atomie a elektron w ciele stałym3.1. pasma energetyczne3.2. metale, izolatory, półprzewodniki4. Elektron w krysztale4.1.                      symetria translacyjna, funkcja Blocha i wektor k, I-sza strefa Brillouina4.2.                      struktura pasmowa półprzewodników4.3.                      gęstość stanów w pasmie przewodnictwa i walencyjnym, elektrony i dziury 4.4.                      masa efektywna, model prawie swobodnych elektronów5. Statystyka elektronów i dziur5.1.                      rozkład Fermiego-Diraca5.2.                      półrzewodnik samoistny, koncentracja swobodnych elektronów i dziur5.3.                      domieszkowanie - donory i akceptory5.4 zależność koncentracji nośników od temperatury w półprzewodniku domieszkowanym6. Drgania sieci krystalicznej – fonony7. Zjawiska transportu elektronowego 7.1.                      dryf, dyfuzja, ruchliwość7.2.                      transport prądu 7.3.                      efekt Halla, siła termoelektryczna

2

8. Zlącze pn8.1.                      rozkład ładunku, pola elektrycznego i potencjału8.2.                      generacja, rekombinacja8.3.                      charakterystyki prądowo-napięciowe8.4.                      zastosowania (dioda pn, tranzystor pnp i MOS, dioda tunelowa, dioda Zenera)9. Absorpcja i emisja światła9.1.                      przejścia proste, skośne9.2.                      fotoluminescencja9.3.                      emisja wymuszona9.4.                      zastosowania (dioda LED, fotodioda, ogniwo słoneczne, laser półprzewodnikowy) 10. Struktury niskowymiarowe, zastosowania 11. Półprzewodniki organiczne12. Technologia planarna, ograniczenia  Literatura: Kleszczewski „Fizyka kwantowa, atomowa i ciała stałego”, Hennel „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, Sierański „Półprzewodniki i struktury półprzewodnikowe”, Boncz-Brujewicz i Kałasznikow „Fizyka półprzewodników”, Smith „Półprzewodniki”

Zaliczanie: min 51 p (30 (Lab) + 2*36 (kol) + kartkówki na zajęciach) 51-60 dst, 61-70 dst1/2, 71-80 db, 81-90 db1/2, 90- bdb

3

ELEMENTY MECHANIKI KWANTOWEJZasada de Broghlie’a

(dualizm korpuskularno-falowy) fala: p=h/ pęd cząstka: = h/p

Równanie Schrodingera

EΨV(x)ΨxΨ

2m 2

22

Rozwiązanie dla cząstki w próżni - fala płaska p

hp2

λ2π2mEk ;AeΨ(x) ikx

k – wektor falowy cząstki

4

Rozwiązania równania Schrödingera studnia potencjału

2

222

n 8manh

2mpE anλ

λ2πk Asin(kx);Ψ(x)

2

3-wym. „pudełko”:2

2z

2y

2x

2

n 8ma)nn(nh

E

5

Poziomy energetyczne w atomieLiczby kwantowe:n=1,2,3....l=0,...n-1 (s,p,d....)ml=-1...0....lms= -½, +½

Atom wodoru

222

4

0n n

eV 13.6n4

me4ππ

1E

6

ATOMY WIELOELEKTRONOWE poziomy energetyczne, maksymalna liczba elektronów

7

8

Krzem

1s –2 elektrony2s – 2 elektrony2p – 6 elektronów3s – 2elektrony3p – 2 elektrony

9

Wiązanie kowalencyjne- hybrydyzacja sp3Przykład - węgiel (Si: 3sp3, Ge: 4sp3)

109.5o

10

Wiązania kowalencyjne(cząsteczka H2 )

wiążący

antywiążący

ener

gia

antysymetryczna

symetryczna wiążący

antywiążący

11

PÓŁPRZEWODNIKI

Skład chemicznya) Pierwiastkowe (Si, Ge)b) Półprzewodnikowe związki chemiczne (GaAs- grupa 3-5,

ZnS grupa 2-6, CuInSe2 grupa 1-3-6) c) Półprzewodniki mieszane (AlxGa1-xAs, CuInxGa1-xSe2)

Własności fizycznea) Samoistne b) Domieszkowe (Si:P, CdS:In)Strukturaa) Krystaliczneb) Amorficzne

12

STRUKTURA CIAŁ STAŁYCH ciała amorficzne, polikrystaliczne Krystaliczne

Komórka elementarna – podstawowa cegiełka, może zawierać więcej niż jeden atom

Symetria translacyjna R =n1 a1 + n2 a2 + n3 a3

Komórka prosta-wyznaczona przez wektory a1, a2, a3

Sieć regularna przestrzennie centrowana

13

Struktura diamentu (dwie przesunięte względem siebie sieci regularne powierzchniowo centrowane) –Si, Ge

Struktura blendy cynkowej (ZnS, GaAs)

Sieć regularna powierzchniowo centrowana - komórka elementarna i komórka prosta (zakreskowana)

14

Sieci Bravais (14)

Sieci Bravais:

Zbiór 14 możliwych sieci prostych, powierzchniowo i przestrzennie centrowanych