Úvod do moderní fyziky. lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)



Podobné dokumenty
VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

TRANZISTORY TRANZISTORY. Bipolární tranzistory. Ing. M. Bešta

11-1. PN přechod. v přechodu MIS (Metal - Insolator - Semiconductor),

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 07_3_Elektrický proud v polovodičích

ELEKTRICKÝ PROUD V POLOVODIČÍCH

Unipolární tranzistory

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Energie elektronů v atomech nabývá diskrétních hodnot energetické hladiny.

způsobují ji volné elektrony, tzv. vodivostní valenční elektrony jsou vázány, nemohou být nosiči proudu

Elektřina a magnetizmus polovodiče

Elektrické vlastnosti pevných látek

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Polovodičov. ové prvky. 4.přednáška

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

2.3 Elektrický proud v polovodičích

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

7. Elektrický proud v polovodičích

Měření na unipolárním tranzistoru

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_16_Unipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

Ideální krystalová mřížka periodický potenciál v krystalu. pásová struktura polovodiče

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_15_Bipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

1. Energetická pásová struktura pevných látek; izolanty, polovodiče, kovy; typy vodivostí, drift a difúze.

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky optoelektronických součástek

7. Elektrický proud v polovodičích

V nejnižším energetickém stavu valenční elektrony úplně obsazují všechny hladiny ve valenčním pásu, nemohou zprostředkovat vedení proudu.

FET Field Effect Transistor unipolární tranzistory - aktivní součástky unipolární využívají k činnosti vždy jen jeden druh majoritních nosičů

Polovodiče, dioda. Richard Růžička

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

UNIPOLÁRNÍ TRANZISTOR

FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 4

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

Otázka č.4. Silnoproudé spínací polovodičové součástky tyristor, IGBT, GTO, triak struktury, vlastnosti, aplikace.

Fyzika vedení proudu ve vakuu a v pevné fázi, pásový diagram, polovodiče

Sada 1 - Elektrotechnika

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÉHO USMĚRŇOVAČE STABILIZACE NAPĚTÍ

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Polovodiče. Co je polovodič? Polovodiče jsou látky, jejichž rezistivita leží při obvyklých teplotách v intervalu 10 Ω m až 8

4. Vysvětlete mechanismus fotovodivosti. Jak závisí fotovodivost na dopadajícím světelném záření?

3.5. Vedení proudu v polovodičích

Metodický návod: 5. Zvyšování vnějšího napětí na 3 V. Dochází k dalšímu zakřivování hladin a rozšiřování hradlové vrstvy.

Elektrický proud v polovodičích

Polovodiče ELEKTROTECHNIKA TO M Á Š T R E J BAL

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Nezkreslená věda Vodí, nevodí polovodič? Kontrolní otázky. Doplňovačka

Moderní svět. Kapitola 9

Elektronika pro informační technologie (IEL)

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Polovodiče TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

Unipolární Tranzistory

1 Polovodiče základní pojmy, vlastnosti. Přechody, diody, jejich struktura, vlastnosti a aplikace.

Určení čtyřpólových parametrů tranzistorů z charakteristik a ze změn napětí a proudů

Inteligentní Polovodičový Analyzér Provozní manuál

UnipolÄrnÅ tranzistory JFET. DělenÅ unipolärnåch tranzistorů. (Junction Field Effect Tranzistor)

SNÍMÁNÍ OBRAZU. KAMEROVÉ SYSTÉMY pro 3. ročníky tříletých učebních oborů ELEKTRIKÁŘ. Petr Schmid listopad 2011

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

Polovodiče - s jedním PN přechodem (dvojpóly) Polovodič a PN přechod. VA charakteristika. Propustný x Závěrný směr.

Maturitní okruhy Fyzika

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor speciální polovodičová struktura IGBT se používá jako spínací tranzistor nejdůležitější součástka výkonové

Charakteristiky optoelektronických součástek

Základy elektrotechniky

Zvyšování kvality výuky technických oborů

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

SNÍMAČE. - čidla, senzory snímají měří skutečnou hodnotu regulované veličiny (dávají informace o stavu technického zařízení).

FYZIKA 2. ROČNÍK. Elektrický proud v kovech a polovodičích. Elektronová vodivost kovů. Ohmův zákon pro část elektrického obvodu

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Fyzikální podstata fotovoltaické přeměny solární energie

Způsoby realizace paměťových prvků

Osnova: 1. Speciální diody 2. Tranzistory 3. Operační zesilovače 4. Řízené usměrňovače

VedenÌ elekt iny v pevn ch l tk ch

Druhy materiálů, princip vedení, vakuovaná technika. Ing. Viera Nouzová

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Osnova: 1. Polovodiče materiály, dotace 2. Polovodičové diody 3. Dynamické parametry. 5. Aplikace diod

Bipolární tranzistor. Bipolární tranzistor. Otevřený tranzistor

Paměťové prvky. ITP Technika personálních počítačů. Zdeněk Kotásek Marcela Šimková Pavel Bartoš

DEGRADACE SOLÁRNÍCH ČLÁNKŮ SVĚTLEM LIGHT INDUCED DEGRADATION OF SOLAR CELLS

Polovodiče Polovodičové měniče

Neřízené polovodičové prvky

Polovodičové diody Definice

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Bipolární tranzistory

STAVEBNÍ NÁVODY 1 pro činnost v elektro a radio kroužcích a klubech

Jiří Oswald. Fyzikální ústav AV ČR v.v.i.

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

8. Úvod do fyziky pevných látek

LED žárovky. Současnost a budoucnost patří LED žárovkám. Výhody LED žárovek. Nevýhody LED žárovek

Cvičení z fyziky Lasery. Jan Horáček (jan.horacek@seznam.cz) 19. ledna 2014

Měření Planckovy konstanty

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

2.6. Koncentrace elektronů a děr

Sada 1 - Elektrotechnika

MĚŘENÍ TRANZISTOROVÉHO ZESILOVAČE

Ing. Milan Nechanický. Cvičení. SOUBOR PŘÍPRAV PRO 3. R. OBORU M/01 Elektrotechnika - Mechatronika. Monitorovací indikátor

Základní druhy tranzistorů řízených elektrickým polem: Technologie výroby: A) 1. : A) 2. : B) 1. :

Řízené polovodičové součástky. Výkonová elektronika

Transkript:

Úvod do moderní fyziky lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)

krystalické pevné látky pevné látky, jejichž atomy jsou uspořádány do pravidelné 3D struktury zvané mřížka, každý atom je vázán ke svým sousedům dvouelektronovou kovalentní vazbou vodiče, polovodiče, izolanty dle vlastností rezistivita, teplotní součinitel rezistivity, koncentrace nosičů elektrického náboje kovy vs. polovodiče menší rezistivita, větší koncentrace nosičů náboje, opačná závislost rezistivity na teplotě

pásová struktura pevných látek malá vzdálenost atomů vlnové funkce elektronů se vzájemně překrývají (především u vnějších elektronů) vysoký počet atomů elektrony musí být každý v jiném kvantovém stavu, obrovské množství elektronů vytvoří obrovské množství energiových hladin, které splývají a vytváří pásy (mohou se i překrývat) v nanofyzice (velmi malé rozměry krystalu, malé množství atomů) možnost existence diskrétních hladin a větší vzdálenost mezi pásy

izolátor vs. kov pro zjištění vedení elektrického proudu se elektrony musí přesunout do vyšších (neobsazených) energiových hladin zakázaný pás je u izolantů mnohem větší než střední kinetická energie elektronu při pokojové teplotě u vodičů stačí přesun v rámci pásu, který není plně obsazen Fermiho energie nejvyšší obsazená hladina při T=0 K (elektrony mají při Fermiho energii tzv. Fermiho rychlost, tzn. ani při absolutní nule neustává veškerý pohyb) izolátory a polovodiče rozlišujeme podle šířky zakázaného pásu

obsazenost hladin pro T > 0 K platí Fermi-Diracova statistika Fermiho energie je energie kvantového stavu, který má pravděpodobnost 50%, že bude obsazen

polovodiče nosiče náboje elektrony, díry malé množství elektronů přeskočí do vodivostního pásu při vyšší teplotě jich přeskočí více snižuje se rezistivita (narozdíl od vodiče kde se zvyšuje v důsledku chaotického pohybu elektronů)

dotované polovodiče (a) typ n příměs s elektronem navíc donor (např. fosfor v křemíku) (b) typu p příměs s chybějícím elektronem akceptor (např. hliník v křemíku)

p-n přechod a diodový usměrňovač v okolí roviny přechodu p-n dochází k difuzi elektronů a děr, vzniká tzv. ochuzená zóna bez pohyblivých nosičů náboje (hradlová vrstva) závěrný směr (b) rozšíření ochuzené zóny, prochází velmi malý závěrný proud způsobený minoritními nosiči náboje propustný směr (a) zúžení ochuzené zóny, velký propustný proud

plus použití filtračního kondenzátoru, který vyhlazuje tzv. tepavé napětí

LED diody (light-emitting) elektron ze dna vodivostního pásu spadne do díry (rekombinuje) u vrcholu valenčního pásu, uvolní se energie rovna šířce zakázaného pásu (v mnoha polovodičích Si, Ge, a další ve formě kmitů mřížky, u některých např. Ga dotované arsenem a fosforem ve formě fotonu) děje se tak v úzké ochuzené zóně (tloušťka i několik μm) u p-n přechodu při zapojení v propustném směru (zajišťuje přísun elektronů a děr pro rekombinaci) v praxi realizováno velmi tenkou vrstvou polovodiče typu p, přes kterou může procházet světlo bílé LED skládání barev a využití luminoforu látka pohlcující energii a zpět ji vyzařující ve forme světla

další typy diod fotodioda osvětlením vhodně uspořádaného p-n přechodu začne procházet proud (fotoelektrický jev přechod elektronu z valenčního do vodivostního pásu) voltampérová charakteristika fotodiody, při osvětlení proud v závěrném směru fotodioda PIN mezi vrstvu PN přechodu vložena vrstva minimálně dopovaného polovodiče (PIN přechod) s velkou elektrickou pevností (až 500 V), rychlejší reakce na změny osvětlení (10-12 až 10-15 s, jinak 10-6 až 10-9 s) laserové diody při dostatečně vysokém proudu PN přechodem může dojít k populační inverzi elektronů (více jich je ve vodivostním než ve valenčním pásu), pokud jsou protilehlé roviny krystalu s přechodem PN rovinné a rovnoběžné, může se světlo uvnitř krystalu mnohonásobně odrážet stimulovaná emise

tranzistor MOSFET tranzistor = obecně polovodičová součástka schopna zesilovat nebo zapínat/vypínat elektrický signál MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) = polem řízený tranzistor složení: lehce dotovaný polovodič typu p (křemík) - substrát, ostrůvky silně dotovaného polovodič typu n (D drain kolektor, S source - emitor) spojené tenkým kanálkem tvořeným středně dotovaným polovodičem, nad ním tenká vrstva izolantu (např. oxid křemíku) a hradlo (G gate) funkce: záporné napětí na hradle vytváří elektrické pole, které odpuzuje elektrony z kanálu do substrátu (zvětšuje šířku ochuzené zóny), při určité hodnotě napětí přestane (téměř) zcela procházet proud, při nulovém nebo kladném napětí proud prochází