Meghatározása a félvezető tiltott sáv szélessége a optikai módszerrel, tartalom platform
Meghatározása a szélessége a tiltott sávban a félvezető optikai módszerrel
E könyv célja, hogy tanulmányozza a folyamat a fehér fénnyel a félvezető anyag meghatározásának-CIÓ kritikus félvezető tulajdonságokkal - bandgap.
Modell ábrázolása vezetőképessége a félvezető
A legfontosabb jellemzője a félvezető, hogy meghatározza annak útmutató-elektromos, optikai, és egyéb tulajdonságait, a bandgap. Ahhoz, hogy megértsük a fizika-ügynökség van értelme ezt a funkciót, úgy az alapmodell kijelentéseket a vezetőképessége félvezetők példaként kovalens félvezetők 4. csoportba (germánium Ge. Si Si).
Között két félvezető atomokat bekövetkezik CO-valens kötés hajtjuk elektronpárt tartozó mindkét atom. Ha az összes kovalens kötések vannak töltve, akkor a szabad elektronok a kristály, nem, és így az elektromos vezetőképessége a kristály Bu gyermek nulla. Ábra. 1 ad egy kétdimenziós ábrázolása kovalens rács a félvezető (Si). A T = 0 ° K szabad elektronok a rács nincs jelen, mivel az összes vegyérték elektronok részt a kommunikáció. A fluktuációk a termikus mozgás atomok magasabb hőmérsékleten vezethet a törés a kovalens kötések egyes helyeken kristály és felszabadulását elektronok, amely most már részt vesz a vezetési. Ezért, hogy legyen egy vegyérték-elektron elektronkibocsátó, szükség van, hogy bizonyos aktiválási energia (), egyenlő a kovalens kötés disszociációs energia.
Miután az elektron kivonását az utolsó kapcsolat marad töltetlen (szaggatott vonallal ábrázolt ábrán. 1.). Ebben az összefüggésben egy kitöltetlen mozogva kapcsolódó villamos-tron a szomszédos kapcsolatok. A mozgása elektronok kapcsolódó üres betöltetlen kötések egy bizonyos irányba egyenértékű mozgása pozitív töltésű üres kötéseket az ellenkező irányba. Így, törésnél kovalens kötések a félvezető, amelynek két vezetőképesség mechanizmusok: szabad vezetési mozgó elektronok ellen az elektromos mező és a vezetőképessége töltetlen vegyérték-elektron kötvények, amely lehet spot-egyenértékűség le, mint mozgás irányában az elektromos mező pozitív töltésű töltetlen kötést-kötő lyukak. Teljes elektromos vezetőképesség kell állnia az elektron és a lyuk alkatrészeket.
Félvezetők, amelyek vezetőképessége gond bánja megtöri kovalens kötések saját újra rács, az úgynevezett saját. A saját félig-tors koncentrációjú szabad elektronok koncentrációja lyukak.
A koncentráció a töltéshordozók saját félvezetők növeli a hőmérséklet növekedésével. Továbbá, a kisebb az aktiválási energia a félvezető, annál nagyobb a koncentrációja töltéshordozók egy adott hőmérsékleten. Létrehozása az intrinsic vezetőképesség lehet pro-szemléltetett keresztül energia diagram (ábra. 2). Az energia állapotok vegyértékű (csatlakoztatva) Elektromos újonnan alkotnak terület, az úgynevezett vegyérték sáv. A dia-gramm szinten jelzi a felső határ a zóna. Ahhoz, hogy egy szabad elektron, köteles azt a Ener-Gia.
A szett energia szinten az ingyenes energiáit a vezetési elektronok alkotnak terület, az úgynevezett vezetési sávban. Interval energia, viszonya határozza meg, sheniem:
Ezt hívják tiltott sávban, és jelentése rövidszénláncú kötött a vezetési sáv. (1) egyenlet azt mutatja, hogy a bandgap határoztuk energia-hasadó egyszerűen törés kovalens kötések.
Megjegyezzük, hogy a létezése az energia sáv, koto-rozs bevezetett kapcsolatban fent kovalens kötés disszociációs energia szigorúan indokolt elméletileg csak a probléma megoldásának a mozgás kvantovomehanichekoy villamos energia a periódusos területén a kristályt. A megoldás erre a problémára azt mutatja, hogy a szomszédos atomokban kap olyan közel egymáshoz, amikor a kialakulása egy szilárd test, amely külső elektronsugarak kagylók nemcsak felel meg, de még átfedésben. Ennek eredményeként, a karakter a mozgás az elektronok hirtelen megváltozik: az elektronok a energiaszintje egy adott atom, félig chayut lehetőségét mozgatni anélkül energiaráfordítás CO-felelős a szintjét a szomszédos atomok, és így szabadon mozoghat a szilárd.
Ahelyett, hogy az egyes atomi pályák vannak kialakítva száma szelektivitás és alburok egyes atomok együtt egy egyetlen közös teljes kristály - zónában. A számítások azt mutatják, hogy az energia sáv áll több energiaszintet, külön külön helyezkednek faji távolság sorrendjében 10-23 eV. Kitöltése energia sáv elektronok szerint történik a Pauli-elv: minden szinten a zóna lehet legfeljebb két elektron.
Ábra. A 3. ábra a energia sávban töltés elektronok T = 0 K.
Ebben az esetben az összes államok vegyértékelektronját teljes. Ez azt jelenti, hogy az összes vegyérték elektronok Niemann-részt a kovalens kötés és a szabad elektronok nem - nem vezetőképessége. Mivel a magasabb-TION hőmérséklete az elektronok termikusan gerjesztett adott, és továbblép a vezetési sávban, míg a Valen-tnoj zóna termel szabad állapotban - lyuk.
Kiégett minőségi vita lefolytatása belső félvezetők azt mutatja, hogy ez határozza meg elsősorban kívánnak létrehozni, bandgap. Ebben a feladatban a kísérleti meghatározása a szélessége a tiltott zóna a legfontosabb.
Ebben a munkában, egy félig-szélessége a tiltott terület a szupravezető határozzuk meg egy optikai módszerrel. Tekintsünk egy síkkal párhuzamos lemez a félvezető, amelyen a monokromatikus fény esik intenzitása I0. Része a beeső fény visszaverődik a lemez, egy részét-rm-abszorbens benne, és a rész I. intenzitás haladjon át a lemezen. Belátható, hogy a vékony lemez-shi Rina d értéke az alábbi egyenlettel
ahol - a fényelnyelési együttható.
(2) egyenlet átírható az alábbi formában:
Gondoljunk bele, milyen változások a félvezető-ent abszorpciós együttható, ha változik a hullámhossz a beeső fény. Vegyünk egy félvezető egy elég nagy ólom-ok. A „kellően nagy értéket” tóra kezdődött, hogy szobahőmérsékleten a félvezető gyakorlatilag nincs szabad hordozók. A terület a nyelv, ez azt jelenti, hogy minden szinten a vegyérték sáv teljesen kitölteni, Nena, és minden szinten a vezetési sáv teljesen ingyenes.
Ábra. A 4. ábra a szalag felépítése a félvezető. Ezen az ábrán a nyíl mutatja, a QUANTA beeső fény a félvezető-útmutató, ahol a hossza a nyíl számszerűen egyenlő a fotonenergia. Quanta által elnyelt fény az elektron-trónokat, míg az energia növeli a nagyságát a fotonenergia (EI). Ez azt jelenti, hogy az elektron újra fut egy kis magasabb energia szintet. Azonban nem minden átmenet lehetséges fokozott energia. Az a tény, hogy megfelelően a Pauli-elv cart-átmenetek lehetségesek csak között töltött és szabadságainak kormányzati szinten, azaz a. E. Transitions a vegyérték sáv a vezetési sáv szintjét.
Vegyük például, egy elektron energiával és a kvantum energiát a fény (ábrán látható. A 4. ábrán a nyíl). Quantum energia nem szívódik fel az elektron abszorpciós jelenti például a növekvő az elektron energia értéke az érték + és az utolsó szinten les fekszik sávú (lásd. Ábra. 4). Könnyen belátható, hogy a kvantum energia, a fény nem szívódik. Felszívódás kezdődik, ha a fotonenergia dos Tignet értéket. Amikor ez tele van az elektron-szintlekérdezés váltani szabad szinten. Természetesen, ha a kvantum lesz az energia, akkor is felszívódik. Így könnyű felszívódását a félvezető folyamat egy küszöbérték: mindaddig, amíg a fény energiáját kvantum abszorpciós hiányzik, ha az azonos, akkor van egy gyors növekedése felszívódását.
Rátérve az abszorpciós együttható. Felszívódása-hiányában egy kis mennyiségű, és a fájdalom-Choe elnyelő eszköz nagyobb értéket. Aztán, ha építeni egy kapcsolatot a hullámhossz a beeső fény, meg kell, mint hogy addig, amíg körülbelül kötött látható. 5.
Sőt, a foton energiája fény összefügg a hullámhossz a kapcsolatot:
ahol h - Planck állandó;
c - a fénysebesség.
Mert nagy kvantum energia kicsi és felszívódását-hiányzik.
Ez megfelel a jobb oldalon a görbével mutatjuk. 5. Amint elér egy értéket, hogy
Ezután kezdődik a gyors növekedése felszívódását. Ez azt jelenti, hogy éles törés függőség () (lásd. Ábra. 5) történik a =.
Most már könnyű megérteni a gondolat húzódik meg ezt a munkát.
Formula (3) azt mutatja, hogy ha a kísérletileg meghatározott részesedést a beeső intenzitás I0. int last-sivnost I és lemezvastagság d. ez lehet számítani a ve-maszk. Tesszük ezt több hullámhosszon és a kivitelezést a függőség az abszorpciós együtthatója hosszúságú HN beeső fény hullám.
Találunk ezt a függőséget, ábrán látható. 5, akkor helyettesítjük a kapott értéket az (5) képletű definiált szakadék-sávú.
A méréseket végeztünk egy szokásos optikai alatti-bór „Spectron-361.” A minta egy vékony lemez, vagy félvezető, amelynek a vastagsága d = 4 # 903 ;. 10-4 m vagy átlátszó dielektrikum vastagsága d = 2,8 # 903 ;. A 10-3 m "Spectron-361" berendezés beszerzésének monochromat -cheskogo fény segítségével a jelenség a fény terjedési. Egy sugár a fehér fény a hagyományos izzólámpák megy egy diszperzív prizma, amely elbomlik a gerenda spektrum. Hangolás keresztül optikomehanicheskoy rendszer egyik vagy a másik a prizma részét lehet etetni, hogy a minta monokromatikus fényt egy adott hullámhosszon. Regis-maxi- a továbbított fénysugár egy fotó-sejt.
A mintadarabot rögzítik az első doboz különleges der zhatelya, amely bekerül a minta kamrába, a megállapítás Xia a jobb felső része a készüléknek.
Meg kell venni, amikor a munka elvégzéséhez. az, hogy a félvezető minta hullámhosszsávban kapcsolási forgatógomb, található legyen whisker-tanovlena a minta kamrába, hogy a „red dot”.
1. Csatlakoztassa a tápkábelt csatlakoztassa a készülék kimeneti feszültségű 220V.
2. Kapcsolja pohár «Hálózati» (hálózati) található, a bal-nek az alján. Íróeszköz, hogy felmelegedjen 10-15 percig.
3. Kapcsolja kapcsoló «lámpa» (Light) található ugyanazon a helyen. Ez világít egy izzólámpa a jobb felső sarokban a készülék. A készülék készen áll a használatra. Uz-nat a mérnök, a mintát (félvezető vagy di-villanyszerelő) telepítve a kamrában.
4. Nyissa ki a minta kamra és a fedél nyitott meg az alábbiakat:
4.1 kapcsoló kerül a pozíciója «Sötét áram»,
4.2 Zero eszközkészlet, található a bal oldalon az előlap, a nulla helyzetből a fogantyú «Sötét aktuális».
5. Zárja le a minta fedelét. A jövőben annak érdekében, hogy elkerüljük a hibákat toll «Sötét jelenlegi» ne érintse. Ha ez a beállítás, a készülék készen áll a mérésre.
A méréseket a következő sorrendben:
6. Handle «Hullámhossz» meghatározott hullámhosszon. Scale hullámhossz van megadva nm (1 nm = 10-9 m = 10 # 506; ). Root mérési = 1000 nm és a, minden egyes alkalommal, csökkentve a hullámhossza 50 nm. Abban a régióban, ahol emelkedni kezd meredeken, a mérést hajtunk végre 2 nm.
Figyelem! Biztosítani kell, hogy a fogantyú ismételt kivétel hullámhossz-tartományban, amely a minta kamrába beállítása „red dot”. Abban az esetben, ha hirtelen megnő kezdődik a terület = 560 nm. meg kell kezelni a kapcsolási hullámhossztartományban szállítani a „kék pont”. Bekapcsolás után cheniya kell újra beállítani a sötét áram (repeat-rét 4., 5.).
7. A választó kapcsoló megfelelő helyzetben van «megtekintése» (kontroll), és a mintát fel a kitoló helyzetbe „2”. Ha ez a minta kimenete a gerenda a fotó-elem fény intenzitása csökken I.
8. Fogantyú «Hasított» (rés) rés eszköz nullára van beállítva. Amikor a 7. és 8. pontban az eszköz mért-nyaláb intenzitása I0 és emlékezett.
9. Kapcsolja fajta munkát hozott abban a helyzetben «teszt» (tapasztalat), és a dugattyút a minta - Az „1” állásba. Ha ezt a mintát bevisszük egy gerenda, és egy fotocella fényintenzitás esik I.
10. Fogantyú «Reading» (count) ustanav felhasított eszköz Lebanon nullára. Ha a 9. és 10. pont, a műszer méri meg a fényt intenzitása I. ahol a referencia tartomány, a gyönyörködtető közel a fogantyút «olvasó» meghatározza közvetlenül viselt-I / I0. Megjelölt jobb oldalán az arány I / I0 (%) újraírása egy notebook. Táblázat. 1 értéke ennek kapcsán-CIÓ is kell írni egy töredéke egy egységet.
11. Pen «Hullámhossz» meghatározott más hullámhosszon, és ismételje meg a 7-10.
12. A mérések elvégzése után kapcsolja ki a kapcsolót «Lamp», majd kapcsoljuk «Hálózati» és húzza ki a tápkábelt.
13. minden kísérleti adatot kell feltüntetni táblázatban. 1.
Az említett táblázat utolsó két oszlopában rasschity-vayutsya alapján kapott adatok. Kitöltése után minden oszlopot kell ábrázolni a függőség-dence (). Azáltal törje a grafikonon határozza meg a határ-értékű hullámhossz, majd a következő képlet segítségével (5) számítjuk bandgap. Az érték jelen elektronvolt.
1. Mi a fő különbség a vezetőképessége félvezetők-nek a vezetőképessége fémek?
2. Hogyan levezetéséhez vegyértéksáv és a vezetési sáv a félvezetők?
3. Milyen folyamatok játszódnak félvezetők az elnyelt fény?
4. Mi a belső félvezető?
5. Miért fényabszorpciójának saját félvezetők-com egy küszöböt?
6. Mi határozza meg a rés szélességét egy fél tors?
7. Az adalékolatlan félvezető szélessége Lock-schonnoy zóna egyenlő 4 eV. Milyen színt festeni a Place Tinka ebből félvezető? A látható fény hullámhossza tól 400 nm-től 780 nm.
8. Az adalékolt félvezető szélessége Lock-schonnoy terület egyenlő 2 eV. Milyen színt festeni a Place Tinka ebből félvezető? A látható fény hullámhossza tól 400 nm-től 780 nm.
9. Hogyan juthat félvezetők p-típusú és n-típusú?
10. Hogyan találhatók a zóna rendszer szennyeződés sem urs-donorok és akceptorok?
11. A szennyező félvezetők, új felszívódást VOC. Amint az eredete?
12. Milyen az abszorpciós koefficiens a fény az is-kristályok?
13. Mi a helyes felszívódását és szennyező felszívódását?
14. Mit fotoelektromos jelenséget figyeltek meg a félvezetők?
15. Mi a jelenség a belső fotoelektromos hatás? Miben különbözik a külső, a fotoelektromos hatás?
16. Mi a fényelektromos hatás?
17. Mi folyamat a fordított folyamat termogeneratsii elektron-lyuk pár?
18. Melyik folyamat fordított a folyamat photogeneration az elektron-lyuk pár?
19. Mi a működési elve a LED?
20. Mi a „sötét aktuális” a PV-fenyvesek?
21. Milyen módon lehet csökkenteni a sötét folyó.
22. Mik az eszköz paramétereit módosítjuk változik a szélessége a rés spektronoma?
23. Hogyan mérések pontossága változik kiterjedésű HN spektronoma különbség?
24. Hogyan működik a mérés pontosságát power-nick fényforrás (izzólámpák)?
25. Milyen hatással van a mérés pontosságát a vastagsága a Place Tinky kristály? Van egy optimális vastagsága a lemez?
26. Lehetőség van a spektronome mérésére használt belső abszorpciós szélén egy félvezető egy sávú = 3,2 eV, a?
27. Milyen módosításokat kell tenni a készüléket úgy, hogy meg lehet mérni a belső abszorpciós él a kristályok sávú nagyobb, mint 3,2 eV?
28. Amikor nyitja vagy zárja a fedelet a kamra, ahol a minta van szerelve, a mikrokapcsoló aktiválódik. Ka Covo E mikrokapcsoló?
29. Mi történik a készülék belsejében, amikor kísérletileg-Tatorey forog forgatógomb «hullámhossz» (hullámhossz)?
30. A vizsgálat során a műszer azt találtuk, hogy a gróf ad a hullámhossz 400 nm. és a kimenetről a mintakamra áthalad vörös fényt. Mi Rovkov futómű vezérlés kell végezni, úgy, hogy az eszköz adta a helyes értéket a hullámhossz?
31. A látható fény hullámhossza rejlik körülbelül 4000 # 506; 8000 # 506;. Az átlátszó anyag bandgap = 5 eV. Milyen színű a ve-létezik?