Transcript MELT_3
Slide 1
Materiale electrotehnice
II Conductia electrica
4. Conductia electrica a semiconductorilor
Materiale electrotehnice
Facultatea de Energetica, 2009-2010, anul III ISE
Prof.dr.ing.Florin Ciuprina
Slide 2
Conductia electrica a semiconductorilor
Structura disciplinei
Conţinutul
Capitolul
I Proprietati generale ale cristalelor
1
Corpuri cristaline
Stari ale corpurilor
Retele cristaline
Defecte ale retelelor cristaline
2
Electroni in cristale
Modele (clasic si cuantice) ale electronului.
Benzi de energie asociate corpurilor cristaline.
Clasificarea materialelor in conductori, semiconductori si izolatori.
II Conductia electrica
3
Conductia electrica a metalelor.
Conducţia metalelor la temperaturi uzuale
Supraconductibilitatea electrica.
4
Conductia electrica a semiconductorilor
Mecanisme de conductie.
Expresiile conductivitatilor intrinseci si extrinseci
5
Conductia electrica a izolatorilor solizi
Conductia in campuri slabe (Conductia electronica, Conductia ionica),
Conductia in campuri intense (Străpungerea izolatorilor solizi).
III Proprietati dielectrice
6
Polarizarea electrica
Tipuri de polarizare
Polarizarea in campuri armonice. Pierderi in dielectrici.
IV Proprietati magnetice
7
Tipuri de magnetism
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 3
Conductia electrica a semiconductorilor
Conductia electrica a semiconductorilor
σ = 10-6 – 105 S/m
semiconductor intrinsec
wi = 10-2 – 10-1 eV
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
tip n
tip p
semiconductori extrinseci
wi = 0.5 – 1.5 eV
Slide 4
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 5
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 6
Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 7
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 8
Conductia electrica a semiconductorilor
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
de tip n
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 9
Conductia electrica a semiconductorilor
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
de tip p
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 10
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 11
Conductia electrica a semiconductorilor
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 12
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 13
Conductia electrica a semiconductorilor
4.4 Jonctiunea p-n
Echilibru
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 14
Conductia electrica a semiconductorilor
4.4 Jonctiunea p-n
Curent electric stationar
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 15
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 16
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Siliciu (Si)
cristalizeaza in retea de
tip diamant
utilizari:
circuite integrate
diode
tiristoare
tranzistoare
baterii solare
traductoare Hall
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Caracteristica
Si
Permitivitatea relativa
11
Rezistivitatea intrinseca la 300 K [Ωm]
(2,5-3)
103
Largimea benzii interzise Fermi la 300 K [eV]
1,105
Mobilitatea electronilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,145
Mobilitatea golurilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,048
Slide 17
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Germaniu (Ge)
cristalizeaza in retea de
tip diamant
utilizari:
diode tunel
tranzistoare
detectoare de radiatii
traductoare Hall
termometre pentru
temperaturi joase
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Caracteristica
Ge
Permitivitatea relativa
16
Rezistivitatea intrinseca la 300 K [Ωm]
0,47
Largimea benzii interzise Fermi la 300 K [eV]
0,665
Mobilitatea electronilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,39
Mobilitatea golurilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,19
Slide 18
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Seleniu (Se)
prezinta o mare varietate de stari alotropice:
sticlos, amorf, cristalin
utilizari: fotoelemente, redresoare etc.
Carbura de siliciu (SiC)
prezinta o mare varietate de politipuri cristaline
utilizari: varistoare si dispozitive de mare putere,
rezistente la radiatii, care lucreaza la frecvente si
temperaturi mari
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 19
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Compusi semiconductori AII - BIV
ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe
utilizari: fotorezistoare, generatoare Hall, traductoare de presiune etc.
Compusi semiconductori AIII - BV
InSb, InAs, InP, GaSb, GaAs, AlSb
utilizari: diode tunel, tranzistoare, in optoelectronica etc.
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Materiale electrotehnice
II Conductia electrica
4. Conductia electrica a semiconductorilor
Materiale electrotehnice
Facultatea de Energetica, 2009-2010, anul III ISE
Prof.dr.ing.Florin Ciuprina
Slide 2
Conductia electrica a semiconductorilor
Structura disciplinei
Conţinutul
Capitolul
I Proprietati generale ale cristalelor
1
Corpuri cristaline
Stari ale corpurilor
Retele cristaline
Defecte ale retelelor cristaline
2
Electroni in cristale
Modele (clasic si cuantice) ale electronului.
Benzi de energie asociate corpurilor cristaline.
Clasificarea materialelor in conductori, semiconductori si izolatori.
II Conductia electrica
3
Conductia electrica a metalelor.
Conducţia metalelor la temperaturi uzuale
Supraconductibilitatea electrica.
4
Conductia electrica a semiconductorilor
Mecanisme de conductie.
Expresiile conductivitatilor intrinseci si extrinseci
5
Conductia electrica a izolatorilor solizi
Conductia in campuri slabe (Conductia electronica, Conductia ionica),
Conductia in campuri intense (Străpungerea izolatorilor solizi).
III Proprietati dielectrice
6
Polarizarea electrica
Tipuri de polarizare
Polarizarea in campuri armonice. Pierderi in dielectrici.
IV Proprietati magnetice
7
Tipuri de magnetism
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 3
Conductia electrica a semiconductorilor
Conductia electrica a semiconductorilor
σ = 10-6 – 105 S/m
semiconductor intrinsec
wi = 10-2 – 10-1 eV
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
tip n
tip p
semiconductori extrinseci
wi = 0.5 – 1.5 eV
Slide 4
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 5
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 6
Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 7
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 8
Conductia electrica a semiconductorilor
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
de tip n
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 9
Conductia electrica a semiconductorilor
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
de tip p
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 10
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 11
Conductia electrica a semiconductorilor
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 12
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 13
Conductia electrica a semiconductorilor
4.4 Jonctiunea p-n
Echilibru
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 14
Conductia electrica a semiconductorilor
4.4 Jonctiunea p-n
Curent electric stationar
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 15
Conductia electrica a semiconductorilor
4. Conductia electrica a semiconductorilor
4.1 Conductia semiconductorilor intrinseci
4.2 Conductia semiconductorilor extrinseci
4.3 Dependenta conductivitatii semiconductorilor
de temperatura
4.4 Jonctiunea p-n
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 16
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Siliciu (Si)
cristalizeaza in retea de
tip diamant
utilizari:
circuite integrate
diode
tiristoare
tranzistoare
baterii solare
traductoare Hall
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Caracteristica
Si
Permitivitatea relativa
11
Rezistivitatea intrinseca la 300 K [Ωm]
(2,5-3)
103
Largimea benzii interzise Fermi la 300 K [eV]
1,105
Mobilitatea electronilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,145
Mobilitatea golurilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,048
Slide 17
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Germaniu (Ge)
cristalizeaza in retea de
tip diamant
utilizari:
diode tunel
tranzistoare
detectoare de radiatii
traductoare Hall
termometre pentru
temperaturi joase
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Caracteristica
Ge
Permitivitatea relativa
16
Rezistivitatea intrinseca la 300 K [Ωm]
0,47
Largimea benzii interzise Fermi la 300 K [eV]
0,665
Mobilitatea electronilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,39
Mobilitatea golurilor la 300 K [m2/(Vs)]
0,19
Slide 18
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Seleniu (Se)
prezinta o mare varietate de stari alotropice:
sticlos, amorf, cristalin
utilizari: fotoelemente, redresoare etc.
Carbura de siliciu (SiC)
prezinta o mare varietate de politipuri cristaline
utilizari: varistoare si dispozitive de mare putere,
rezistente la radiatii, care lucreaza la frecvente si
temperaturi mari
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE
Slide 19
Conductia electrica a semiconductorilor
4.5 Aplicatii ale materialelor semiconductoare
Compusi semiconductori AII - BIV
ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe
utilizari: fotorezistoare, generatoare Hall, traductoare de presiune etc.
Compusi semiconductori AIII - BV
InSb, InAs, InP, GaSb, GaAs, AlSb
utilizari: diode tunel, tranzistoare, in optoelectronica etc.
Materiale electrotehnice, Facultatea de Energetica, anul III ISE