380 likes | 525 Views
Wykład II Rodzaje półprzewodników. Wybrane materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych. Materia ły Grup y IV. Im mniejsza E g tym większa odległość do najbliższych sąsiadów d Atom E g (eV) d ( Å ) C 6.0 2.07
E N D
Wybrane materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych
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
Materiały IV grupy • C, Si, Ge, Sn - struktura diamentu • Pb – struktura fcc fcc - face centered cubic bcc – body centered cubic bcc fcc
Komórka elementarna struktury blendy cynkowej
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
Związki III-V III V B N Al P Ga As In Sb Tl nie używaneBi BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,….
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
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….
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
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).
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
Związki IV-VI • zastosowania:detektory IR, przełączniki • PbS, PbTestruktura blendy cynkowej • Inne:~ 100% wiązania jonowe Małe przerwy (detektory IR)
lk=8 Związki I-VII • W większości izolatory:NaCl, CsCl, • Brak wiązań tetraedrycznych ~ 100% wiązania jonowe • Struktura typu CsCl lub NaCl Duże przerwy wzbronione lk=12
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)
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..
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
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
Wytrzymały na duże pole elektryczne: 3MV/cm Odporność na wysoką temp. (duża przerwa) Duża gęstość prądu Duża szybkość przełączania GaN
Ga P As GaAs(1+x) Px
Izolatory topologiczne • PbSnSe i PbSnTe • Dla przyszłych zastosowań elektronicznych kluczową cechą tych materiałów jest bardzo duże przewodnictwo elektryczne ich powierzchni. Jest to rezultat właśnie tych szczególnych, topologicznych, właściwości elektronowych stanów powierzchniowych przewodzących prąd, które uniemożliwiają rozpraszanie elektronów. Oczekuje się, że taka ochrona topologiczna pozwoli na znacznie szybszy przepływ prądu elektrycznego i wydatne zmniejszenie wydzielania ciepła w układach mikro- i nanoelektronicznych. Egzotyczne własności kwantowe stanów elektronowych, a zwłaszcza sprzężenie ruchu orbitalnego elektronów z ich spinowym momentem magnetycznym budzi także nadzieję na nowe zastosowania takich powierzchniowych prądów spinowych w spintronice - nowej gałęzi elektroniki, rozwijanej także w IF PAN.
Chalkopiryt Struktura ABC2 Czerwone i żółte sfery – metal Zielone – anion - niemetal – każdy anion ma w sąsiedztwie 2 atomy metalu A i 2 atomy metalu B Zwykle dAC<dBC, - struktura naprężona (Cu,Ag) –(Al,Ga,In) (S,SeTe)2 Np. CuInS2 , CuInSe2 CuGaSe2 (fotoogniwa)
Delafosyt I-III-O2 Np. TCO (transparent conductive oxide): (Cu, Ag) (Al,Ga,In)O2 CuGaO2
Struktura NiAs – półprzewodniki magnetyczne (MnAs) Atomy metalu – czerwone kule; tworzą strukturę hcp (hexagonal closed packed) Atomy półprzewodnika – zielone kule
Perovskity Ca (Ba,Sr)Ti O3 • Ferroelektryki – polaryzacja ferroelektryczna wynika • z przesunięcia jonów • LaAlO3 –podłoża • Nadprzewodniki wysokotemperaturowe
Stop Nie – i uporządkowany (typu CuPt)