Wykład III Rodzaje półprzewodników

1. Wykład IIIRodzaje półprzewodników

2. Materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych

3. Materiały Grupy IV Im mniejszaEg tym większa odległość do najbliższych sąsiadówd Atom Eg (eV) d (Å) C 6.0 2.07 Si 1.1 2.35 Ge 0.7 2.44 Sn(półmetal) 0.0 2.80 Pb( metal) 0.0 1.63 str wurcytu

4. Materiały IV grupy • C, Si, Ge, Sn - struktura diamentu • Pb – struktura fcc fcc fcc

5. Półprzewodniki atomowe • C (diament), Si, Ge, Sn (tzw. szara cyna lubα-Sn) Wiązanie tetraedryczne w strukturze diamentu. Każdy atom ma 4 najbliższych sąsiadów. wiązanie:sp3kowalencyjne. • Również niektóre pierwiastkiViVIgrupy sąpółprzewodnikami! P S, Se, Te

6. Związki III-V III V B N Al P Ga As In Sb Tl  nie używaneBi  BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,….

7. Związki III-V • zastosowania:detektory IR,diody LED, przełączniki • BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,…. Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOPWiązanie tetraedryczne!Struktura blendy cynkowej. Niektóre związki (B iN ): struktura wurcytu Wiązanie:mieszane, kowalencyjno-jonowe Blenda cynkowa Wurcyt

8. Związki II-VI IIVI Zn O Cd S Hg Se Mn Te nie używany  Po  ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe HgS, HgSe, HgTe,wybrane związki z Mn….

9. Związki II-VI • zastosowania:detektory IR, diody LED, przełączniki ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe HgS, HgSe, HgTe (półmetale); związki z Mn Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOP Duże przerwy wzbr.!(za wyjątkiem związków z Hgktóre są półmetalami z zerową przerwą. Wiązanie tetraedryczne!Niektóre blenda cynkowa, niektóre str. wurcytu Wiązanie:bardziej jonowe niż kowalencyjne

10. Związki IV- IV IV C Si Ge Sn  SiC Inne:GeC, SnC, SiGe, SiSn, GeSn– nie można zrealizować lub nie są półprzewodnikami SiC: blenda cynkowa (półprzewodnik), heksagonalna gęsto upakowana (duża przerwa, izolator).

11. Związki IV- VI IV VI C O Si S Ge Se Sn Te Pb PbS, PbTe, PbSe, SnS Inne: SnTe, GeSe, nie można zrealizować lub nie są półprzewodnikami

12. Związki IV-VI • zastosowania:detektory IR, przełączniki • PbS, PbTestruktura blendy cynkowej • Inne:~ 100% wiązania jonowe Małe przerwy (detektory IR)

13. lk=8 Związki I-VII • W większości izolatory:NaCl, CsCl, • Brak wiązań tetraedrycznych ~ 100% wiązania jonowe • Struktura typu NaCl lubCsCl Duże przerwy wzbronione lk=12

14. Tlenki • Izolatory(duże przerwy wzbronione) • Niektóre są półprzewodnikami: CuO, Cu2O, ZnO niezbyt dobrze rozumiane, nieliczne zastosowania (poza ZnO m.in.. przetwornik ultradźwiękowy, fotowoltaika (partner typu n do CdTe typu p /lub materiał organiczny typu p !) • W niskichT,niektóre tlenki są nadprzewodnikami Wiele wysokotemp. nadprzewodników jest wykonane na bazieLa2CuO4 (Tc~ 135K)

15. Półprzewodniki z prostą i skośną przerwą wzbronioną

16. E(k) (relacja dyspersji) dla krzemu

17. E(k) dla Si iGaAs a) E(k) dla Si i GaAs b)Powierzchnia stałej energii dla Si, w pobliżu 6 minimów pasma przewodnictwa w kierunku punktu X..

18. E(k) (relacja dyspersji) dla germanu

19. E(k) (relacja dyspersji) dla GaAs i AlAs

20. Historia Isamu Akasaki 1985 monokryształ GaN na szafirze 1989 niebieska LED p-n GaN, p-typ otrzymany poprzez bombardowanie elektronami GaN:Mg, (prototyp) Shuji Nakamura 1993 – pierwsza zielona, niebieska, fiolet. i biała (o wysokiej jasności) LED na GaN (epitaksjalna warstwa MOCVD na szafirze),(wodór pasywuje akceptory), masowa produkcja 1995 –pierwszy biało-niebieski laser na GaN ze studnią kwantową

21. GaN przegląd kryształGaN www.phy.mtu.edu/yap/images/galliumnitride.jpg Wurcyt http://en.wikipedia.org/wiki/Gallium_nitride Epiwarstwa GaN na szafirze http://pl.wikipedia.org/wiki/Azotek_galu

22. GaN struktura pasmowa i I strefa Brillouina

24. Wytrzymały na duże pole elektryczne: 3MV/cm Odporność na wysoką temp. (duża przerwa) Duża gęstość prądu Duża szybkość przełączania GaN

25. Widmo promieniowania i energie wzbronione

27. Ga P As GaAs(1+x) Px

28. GaAs(1+x) Px