Wyklad II Rodzaje p

1
Wyklad IIRodzaje pólprzewodników
2
(No Transcript)
3
Wybrane materialy stosowane w produkcji
przyrzadów pólprzewodnikowych
Pólprzewodnik SzerokoscpasmazabronionegoeV 300K Ruchliwosccm2/Vs Wzgledna stala dielektryczna Kondukt. cieplna WmK-1
Krzem 1,12 1500 11,7 1,45
German 0,66 3900 16,0 0,55
Arsenek galu 1,43 8600 13,1 0,44
Antymonek galu 0,67 4000 15 0,33
Arsenek indu 0,33 33000 - 0,27
Fosforek indu 1,29 6000 1,1 0,68
Antymonek indu 0,16 70000 - 0,17
4
Materialy Grupy IV

• Im mniejsza Eg tym wieksza odleglosc do
  najblizszych sasiadów d
• Atom Eg (eV)
  d (Å)
• C 6.0 2.07
• Si 1.1 2.35
• Ge 0.7 2.44
• Sn (pólmetal) 0.0 2.80
• Pb ( metal) 0.0 1.63
• str wurcytu

5
Materialy IV grupy

• C, Si, Ge, Sn - struktura diamentu
• Pb struktura fcc

fcc - face centered cubic bcc body centered
cubic
bcc fcc
6
Komórka elementarna struktury blendy cynkowej
7
Pólprzewodniki atomowe

• C (diament), Si, Ge, Sn (tzw. szara cyna lub
  a-Sn)
• Wiazanie tetraedryczne w strukturze diamentu.
• Kazdy atom ma 4 najblizszych sasiadów.
• wiazanie sp3 kowalencyjne.
• Równiez niektóre pierwiastki V i VI grupy sa
  pólprzewodnikami!
• P
• S, Se, Te

8
Zwiazki III-V

• III V
• B N
• Al P
• Ga As
• In Sb
• Tl ? nie uzywane ? Bi
• ? BN, BP, BAs AlN, AlP, AlAs, AlSb
• GaN, GaP, GaAs, GaSb InP, InAs, InSb,.

9
Zwiazki III-V

• zastosowania detektory IR, diody LED,
  przelaczniki
• BN, BP, BAs AlN, AlP, AlAs, AlSb
• GaN, GaP, GaAs, GaSb InP, InAs, InSb,.
• Eg maleje zas d rosnie w dól tablicy UOP
  Wiazanie tetraedryczne! Struktura blendy
  cynkowej. Niektóre zwiazki (B i N ) struktura
  wurcytu
• Wiazanie mieszane, kowalencyjno-jonowe

Blenda cynkowa
Wurcyt
10
Widok z góry (wzdluz osi c) i z boku struktury
wurcytu
11
Zwiazki II-VI

• II VI
• Zn O
• Cd S
• Hg Se
• Mn Te
• nie uzywany ? Po
• ? ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe CdS, CdSe, CdTe
• HgS, HgSe, HgTe, wybrane zwiazki z Mn.

12
Zwiazki II-VI

• zastosowania detektory IR, diody LED,
  przelaczniki
• ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe CdS, CdSe, CdTe
• HgS, HgSe, HgTe (pólmetale) zwiazki z Mn
• Eg maleje zas d rosnie w dól tablicy UOP
• Duze przerwy wzbr.! (za wyjatkiem zwiazków z Hg
  które sa pólmetalami z zerowa przerwa.
• Wiazanie tetraedryczne! Niektóre blenda cynkowa,
  niektóre str. wurcytu
• Wiazanie bardziej jonowe niz kowalencyjne

13
Zwiazki IV- IV

• IV
• C
• Si
• Ge
• Sn
• ? SiC
• Inne GeC, SnC, SiGe, SiSn, GeSn nie mozna
  zrealizowac lub nie sa pólprzewodnikami
• SiC blenda cynkowa (pólprzewodnik),
  heksagonalna gesto upakowana (duza przerwa,
  izolator).

14
Zwiazki IV- VI

• IV VI
• C O
• Si S
• Ge Se
• Sn Te
• Pb
• ? PbS, PbTe, PbSe, SnS
• Inne SnTe, GeSe, nie mozna zrealizowac lub nie
  sa pólprzewodnikami

15
Zwiazki IV-VI

• zastosowania detektory IR, przelaczniki
• PbS, PbTe struktura blendy cynkowej
• Inne 100 wiazania jonowe
• Male przerwy
• (detektory IR)

16
Zwiazki I-VII

• W wiekszosci izolatory NaCl, CsCl,
• Brak wiazan tetraedrycznych
• 100 wiazania jonowe
• Struktura typu CsCl lub NaCl
• Duze przerwy wzbronione
• lk12

17
Tlenki

• Izolatory (duze przerwy wzbronione)
• Niektóre sa pólprzewodnikami CuO, Cu2O, ZnO
• niezbyt dobrze rozumiane, nieliczne zastosowania
  (poza ZnO m.in.. przetwornik ultradzwiekowy,
  fotowoltaika (partner typu n do CdTe typu p /lub
  material organiczny typu p !)
• W niskichT, niektóre tlenki sa nadprzewodnikami
• Wiele wysokotemp. nadprzewodników jest wykonane
  na bazie La2CuO4 (Tc 135K)

18
Pólprzewodniki z prosta i skosna przerwa
wzbroniona
19
E(k) (relacja dyspersji) dla krzemu
20
E(k) dla Si i GaAs
a) E(k) dla Si i GaAs b)Powierzchnia stalej
energii dla Si, w poblizu 6 minimów pasma
przewodnictwa w kierunku punktu X..
21
E(k) (relacja dyspersji) dla germanu
22
E(k) (relacja dyspersji) dla GaAs i AlAs
23
Historia

• Isamu Akasaki
• 1985 monokrysztal GaN na szafirze
• 1989 niebieska LED p-n GaN, p-typ otrzymany
  poprzez bombardowanie elektronami GaNMg,
  (prototyp)
• Shuji Nakamura
• 1993 pierwsza zielona, niebieska, fiolet. i
  biala (o wysokiej jasnosci) LED na GaN
  (epitaksjalna warstwa MOCVD na szafirze),(wodór
  pasywuje akceptory),
• masowa produkcja
• 1995 pierwszy bialo-niebieski laser na GaN ze
  studnia kwantowa

24
GaN przeglad
Stala sieci 300K a0 0.3189 nm c0 0.5185 nm
gestosc 300K 6.095 g.cm-3
Wurcyt
http//en.wikipedia.org/wiki/Gallium_nitride
Epiwarstwa GaN na szafirze
http//pl.wikipedia.org/wiki/Azotek_galu
25
GaN struktura pasmowa i I strefa Brillouina
26
(No Transcript)
27
GaN
28
Widmo promieniowania i energie wzbronione
29
(No Transcript)
30
Ga
P
As

• GaAs(1x) Px

31
GaAs(1x) Px
32
(No Transcript)
33
Izolatory topologiczne

• PbSnSe i PbSnTe
• Dla przyszlych zastosowan elektronicznych
  kluczowa cecha tych materialów jest bardzo duze
  przewodnictwo elektryczne ich powierzchni. Jest
  to rezultat wlasnie tych szczególnych,
  topologicznych, wlasciwosci elektronowych stanów
  powierzchniowych przewodzacych prad, które
  uniemozliwiaja rozpraszanie elektronów. Oczekuje
  sie, ze taka ochrona topologiczna pozwoli na
  znacznie szybszy przeplyw pradu elektrycznego i
  wydatne zmniejszenie wydzielania ciepla w
  ukladach mikro- i nanoelektronicznych. Egzotyczne
  wlasnosci kwantowe stanów elektronowych, a
  zwlaszcza sprzezenie ruchu orbitalnego elektronów
  z ich spinowym momentem magnetycznym budzi takze
  nadzieje na nowe zastosowania takich
  powierzchniowych pradów spinowych w spintronice -
  nowej galezi elektroniki, rozwijanej takze w IF
  PAN.

34
Chalkopiryt
Struktura ABC2 Czerwone i zólte sfery
metal Zielone anion - niemetal kazdy anion ma
w sasiedztwie 2 atomy metalu A i 2 atomy metalu
B Zwykle dACltdBC, - struktura naprezona (Cu,Ag)
(Al,Ga,In) (S,SeTe)2 Np. CuInS2 , CuInSe2
CuGaSe2 (fotoogniwa)
35
Delafosyt
I-III-O2
Np. TCO (transparent conductive oxide) (Cu,
Ag) (Al,Ga,In)O2
CuGaO2
36
Struktura NiAs pólprzewodniki magnetyczne (MnAs)
Atomy metalu czerwone kule tworza strukture
hcp (hexagonal closed packed) Atomy
pólprzewodnika zielone kule
37
Perovskity
Ca (Ba,Sr)Ti O3

• Ferroelektryki polaryzacja ferroelektryczna
  wynika
• z przesuniecia jonów
• LaAlO3 podloza
• Nadprzewodniki wysokotemperaturowe

38
Stop
Nie i uporzadkowany (typu CuPt)