11_slides_2018 (1182278)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

В.Н.Глазков, «Квантовая макрофизика», 20.04.2017Квантовая макрофизика.Лекция 11. Контактные явления в полупроводниках.Построение энергетических диаграмм контактовполупроводников.Организационные вопросыЗаключительные приглашённые лекции курса 14 мая(предварительно):●●проф.РАН А.П.Пятаков (МГУ) «Магнитоэлектрическиематериалы: что это такое и как их можно использовать?»доц.МФТИ В.С.Храпай (ИФТТ) «Электрон как волна вквантовом проводнике: из точки А в точку В в случайномпотенциале»Whenever I teach my semiconductor devicecourse, one of the central messages I try to get acrossearly is the importance of energy band diagrams.

Ioften put this in the form of «Kroemer's Lemma ofProven Ignorance»:If, in discussing a semiconductor problem youcannot draw an Energy Band Diagram, thisshows that you don't know what you aretalking about with the corollary.● If you can draw one, but don't, then youraudience won't know what you are talkingabout.●H.Kroemer, Nobel Prize Lecture, 2000Зонная структура прямозонного полупроводника GaAs(напоминание).Сечение дисперсионных поверхностей арсенидагаллия в направлениях [100] и [111].Зонная структура GaAs.

Слева: первая зона Бриллюэна и рассматриваемоесечение первой зоны. Справа: вычисленная в выбранном сечении энергия,показана только нижняя из зон проводимости. Ноль отсчёта энергиисоответствует потолку валентной зоны.W. R. Frensley and N. G. Einspruch editors, Heterostructures and QuantumDevices, Academic Press, 1994массы дырок: 0.51m0 и 0.082m0масса электронов: 0.063m0Semiconductors on NSM , http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Энергетическая диаграмма полупроводникаУсловие равновесия для электроновВ отсутствие токов!знак «минус» дляотрицательныхэлектроновμ( ⃗r )−e ϕ ( ⃗r )=constВыигрыш в изменении химпотенциала приперемещении частицы равен проигрышу вэлектростатической потенциальной энергииДля электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне:−(E g −μ)/Tn e =Q e eμ=T ln n e + const (T )T ln ne −e ϕ=const (T )T ln nh + e ϕ=const (T )В статическом равновесии у области с большей концентрацией электроновположительный электрический потенциал.p-n переходpnа)X0б)концентрацияnenh++++++-X(а) контакт полупроводников p-типа и n-типа.

(б) изменение концентрации подвижныхэлектронов и дырок на p-n переходе, знаками схематически показаны областиперераспределённого заряда.Упрощённая геометрия:1) два «бруска»полупроводника p и n-типа2) гладкая граница3) один «родительский»полупроводник,одинаковое расположениезон.p-n переходT ln ne −e ϕ=const (T )Упрощённая геометрия:«бруска»T ln nh1)+ eдваϕ=const(T )полупроводника p и n-типа2) гладкая граница3) один «родительский»(1)(2)полупроводник,nnehT lnX (2)одинаковое=T ln (1)=eрасположение(ϕ 1−ϕ 2 )ne зон.

n hpnа)0б)концентрацияnenh1++++++-2X(а) контакт полупроводников p-типа и n-типа. (б) изменение концентрации электронов идырок на p-n переходе, знаками схематически показаны области перераспределённогозаряда.Энергетическая диаграмма p-n перехода.для p-n перехода из одного«родительского» материаласовпадут зоны.+-При T=0 переходятэлектроны с донорныхцентров n-области наакцепторные центры pобластиμ( ⃗r )−e ϕ ( ⃗r )=constменяются непрерывноЭта зонная структурапоказывает «кинетическую»Энергетическаядиаграммаэнергиюэлектрона. p-n перехода.Построим полную E=K-efдля p-n перехода поправилу Андерсонасовпадут зоны.+-При T=0 переходятэлектроны с донорныхцентров n-области наакцепторные центры pобластиμ( ⃗r )−e ϕ ( ⃗r )=constменяются непрерывноЭнергетическая диаграмма p-n перехода.для p-n перехода поправилу Андерсонасовпадут зоны.+-При T=0 переходятэлектроны с донорныхцентров n-области наакцепторные центры pобластиμ( ⃗r )−e ϕ ( ⃗r )=constШирина запрещённой зоны,положения примесных—меняютсяуровнейнепрерывнофункции материала.Зоны «сшиваются» непрерывнодля p-n перехода из одного«родительского» материала.Перераспределение заряда на p-n переходе при T=0ионизованные донорылокальноеприближение!ионизованные акцепторыПерераспределение заряда на p-n переходе при T=0ионизованные донорыЭлектронейтральность:d a N a=d d N dРазность потенциалов:μ−e φ=const1Δ φ=φd −φa = (μ d −μ a )=eE g + E d−E a E g=≈2eeУравнения на потенциалветвипараболd2φϵ=−4 π e N d2dx2d φϵ=4 π e N a2ионизованныеакцепторыdxПерераспределение заряда на p-n переходе при T=0ионизованные донорыЭлектронейтральность:d a N a=d d N dРазность потенциалов:μ−e φ=const1Δ φ=φd −φa = (μ d −μ a )=eE g + E d−E a E g=≈2eeУравнения на потенциалветвипараболd2φϵ=−4 π e N d2dx2d φϵ=4 π e N a2ионизованныеакцепторыdxЭнергетическая диаграмма p-n перехода сприложенным напряжениемЭнергетическая диаграмма p-n перехода сприложенным напряжениемВыпрямляющие свойства p-nперехода с необходимостьюследуют из картины «изгиба зон».Возникновение «изгиба зон» для pn перехода есть следствие разногоуровня химпотенциала в p- и nобласти.При нагреве химпотенциаллегированного полупроводникасмещается к значению длячистого, диод перестанетработать.Контакт металл-полупроводник.

Правило ШотткиМотта.Для определённости полупроводник n-типа.Правило Шоттки-Мота: откладываем отобщего уровня минимальной энергии ввакууме работу выхода для металла исродство к электрону для полупроводникаКонтакт металл-полупроводник. Правило ШотткиМотта.Для определённости полупроводник n-типа.++-Перераспределение заряда, возникновениедвойного слоя на границе.Правило Шоттки-Мота:Металлоткладываемотэквипотенциален,изгиб зон весь внутриобщего уровня минимальнойэнергии в (слой перераспределённогополупроводникавакууме работу выхода дляметаллаизарядав полупроводникешире).сродство к электрону для полупроводникаЭнергетическая диаграмма для контакта металлполупроводник.Скачок на границесохраняется сточностью правилаШоттки-МоттаЭнергетическая диаграмма для контакта металлполупроводник.Неомический(диодный) контакт.Омический контакт(обычно редкость,требует специальныхухищрений)TПравило АндерсонаКак выбрать общее начало отсчётаэнергиидляразнородныхполупроводников?Строго:совместноерешениеуравнения Шредингера (в среде, длямногихчастиц)иуравненияПуассона....

Очень сложно...Приближённо: Если полупроводникипросто рядом, отложить от уровняминимальной энергии электрона ввакууме сродство к электрону. Этоопределит положение дна зоныпроводимости. (правило Андерсона)Хороший контакт: переходит многоэлектронов,возникаетэлектрическое поле, представлениео нуле энергии в вакууме становитсяне точным.Гетеропереход. Типы гетероперехода.Правило Андерсона: общий уровень минимальной энергии электрона ввакууме, положение дна зоны проводимости отсчитывается по сродствуэлектрона от общего уровня энергии в вакуумеуровень минимальной энергии электрона в вакуумеширокозонныйполупроводниктип Iтип IIузкозонныйполупроводникБудем изучать только этот случай, он реализуется вструктурах GaAs-AlAsтип IIIТребования к материалам для гетероперехода.разные ширина запрещённойзоны, сродство● возможность получения атомногладкой границы (в т.ч.: близкиепериоды решётки!)● технологичность (чистота,стабильность, возможностьлегирования)AlxGa1-xAs●определяетсяхарактерными дефектаминоминально чистогополупроводникаAlAsGaAsпериодрешётки, Å5.66115.6533шириназапрещённойзоны, эВ2.16 (I)1.42 (D)сродство, эВ3.54.1типпроводимостиnpвозможность плавно менятьконцентрациюПостроениеэнергетическойдиаграммыгетеропереходаПо правилу Андерсона разрыв дна зоныпроводимости 4.1-3.5=0.6эВВ действительности: 0.4эВПостроениеэнергетическойдиаграммыгетероперехода(а) «обычный» p-n переход(б) электроны с n-центров в AlAs и из валентнойзоны GaAs переходят в слой зоныпроводимости вблизи границы контактаСлой ограничен по толщине — возможностьсоздания квантовой ямы!Построениеэнергетическойдиаграммы для сильнолегированного n-AlAsТреугольная потенциальная яма для электронов формируетсяв недопированном GaAs!!!Аналогично на контакте p-AlAs с чистым GaAs можно получить квантовуюяму для дырок.Полевой транзистор.SiO2Основы физики полупроводниковых структур пониженнойразмерности , http://ftn-mipt.itp.ac.ru/attachments/123_Dolgopolov.pdfp-SiметаллЭнергетическаядиаграммаполевоготранзисторарезервуарэлектронов( )( )dϕdϕϵ ox=ϵ semidx oxdx 0d2ϕϵ semi 2 =4 π e n( x)dxОсновное на этой лекции.μ( ⃗r )−e ϕ ( ⃗r )=constИзгиб зон.●Возможность формированияквантовой ямы на границеполупроводников.●.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций