Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektronske komponentePoluprovodnicka svojstva silicijuma
Z. Prijic, D. Mancic
Univerzitet u NiuElektronski fakultet u Niu
Predavanja 2016.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
PoluprovodniciDefinicija
Materijali cija se vrednost specificne elektricne provodnostinalazi izmedu izolatora i provodnika nazivaju se poluprovod-nici (semiconductors). Poluprovodnici mogu biti hemijski ele-menti ili jedinjenja. Elementi pripadaju IV-oj grupi periodnogsistema, dok se jedinjenja tipicno formiraju kao dvokompo-nentna, od elemenata iz III i V ili II i VI grupe, iako mogu bitii trokomponentna.
Za sve poluprovodnike karakteristicno je da im se specificnaelektricna provodnost moe povecati primenom tehnolokihpostupaka kojima se modifikuje njihov hemijski sastav.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Poluprovodnici
12 13 14 15 16
2
3
4
5
6
5
B
13 14 15 16
Al Si P S
30 31 32 33 34
Zn Ga Ge As Se
48 49 50 51 52
Cd In Sn Sb Te
80 81 82 83
Hg Tl Pb Bi
Grupa
Perioda
IIIA IVA VAIIB VIA
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
PoluprovodniciPoluprovodnicke komponente
Elektronske komponente koje su napravljene na bazipoluprovodnickih materijala nazivaju sepoluprovodnicke komponente (Semiconductor Devices).
Iz ekonomskih i tehnolokih razloga za proizvodnjupoluprovodnickih komponenata se najvie koristisilicijum (Si).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaAtomska struktura
Silicijum je, posle gvoda, drugi element po rasprostranje-nosti u Zemljinoj kori i ucestvuje u sastavu vecine stena kojecine njenu povrinu.
Atom silicijuma sastoji se od jezgra koje u sebi sadri 14protona i isto toliko neutrona, oko koga krui 14elektrona.
Cetiri elektrona koja su najudaljenija od jezgrapredstavljaju valentne elektrone. Ovi elektroniucestvuju u stvaranju kovalentnih veza izmedu atomasilicijuma.
Svaku vezu cini par elektrona, unutar koje po jedanelektron pripada po jednom od dva susedna atoma.
Kovalentnih veza ima cetiri, tako da se formiraju strukture uobliku tetraedra.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaSimbolicki prikaz medusobne povezanosti atoma silicijuma: atomi supredstavljeni sferama, a kovalentne veze cilindrima.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaKristalna reetka
Svaki atom silicijuma povezan je sa cetiri susedna atoma. Ova-kav raspored atoma omogucava konstrukciju zamiljene kockekoja cini jedinicnu celiju kristalne reetke silicijuma. Stranicakocke se naziva konstanta reetke. Translacijom jedinicne ce-lije za konstantu reetke du prostornih osa (x, y i z) dobijase kristalna reetka silicijuma.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaKristalna reetka
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Kristalna struktura silicijumaTipovi silicijuma
U zavisnosti od uniformnosti kristalne reetke, mogu se razli-kovati tri tipa silicijuma:
monokristalni kristalna reetka je uniformna namakroskopskom nivou;
polikristalni kristalna reetka je uniformna namikroskopskom nivou;
amorfni kristalna reetka nije uniformna.
Sva tri tipa silicijuma se koriste u proizvodnji poluprovodnic-kih komponenata. Na dalje ce se razmatranja odnositi samona monokristalni silicijum.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostSlobodni nosioci naelektrisanja
Osnovni uslov za elektricnu provodnost bilo kog materijalapredstavlja postojanje slobodnih nosilaca naelektrisanja u tommaterijalu.
Teorijski posmatrano, na temperaturi apsolutne nule svielektroni ucestvuju u kovalentnim vezama, pa sesilicijum ponaa kao izolator.
Porast temperature izaziva vibracije atoma unutarkristalne reetke, to deluje kao pobuda kojaomogucava pojedinim elektronima da raskinukovalentnu vezu i oslobode se od maticnog atoma. Nataj nacin oni postaju slobodni nosioci naelektrisanja.
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostElektroni i upljine, koncentracija nosilaca, termicka ravnotea
Kada se elektron oslobodi od maticnog atoma, on zasobom ostavlja upljinu (hole) koja se, u elektricnomsmislu, moe posmatrati kao pozitivno naelektrisanje poapsolutnoj vrednosti jednako naelektrisanju elektrona.
Uobicajeno je da se broj slobodnih nosilacanaelektrisanja izraava po jedinici zapremine (cm3) pase tako uvodi pojam koncentracija nosilaca.
Termicka ravnotea je stanje u kome na poluprovodnikne deluje nikakva spoljanja pobuda (elektricno imagnetno polje, gradijent temperature, itd.).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostKretanje upljina
Atom tei da upotpuni nepotpunu kovalentnu vezu(predstavljenu upljinom).
Zbog toga oni izvlacielektron iz kovalentne vezenekog od susednih atoma, pomocu koga popunjavaupljinu.
Na mestu izvucenog elektrona susednog atoma ostajenova upljina.
Nova upljina se popunjava na ekvivalentan nacin.
Kretanje upljina kroz kristal silicijuma je prividno, jer se ustvari krecu elektroni koji ih popunjavaju (ostavljajuci pri tomeza sobom nove upljine).
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostKretanje upljina
Elektronskekomponente
Poluprovodnici
Poluprovodnickasvojstva silicijuma
Kristalna strukturasilicijuma
Elektricnaprovodnost
Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa
Dopiranje silicijuma
Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma
pn spoj
Formiranje pn spoja(informativno)
Elektricna provodnostKoncentracija sopstvenih nosilaca (Intrinsic Carrier Concentration)
U hemijski cistom (intrinsic) silicijumu, u termickoj ravnotei,koncentracija slobodnih elektrona n0 jednaka je koncentracijiupljina p0:
ni = n0 = p0 (cm3) . (1)
n0p0 = n2i (2)
Na sobnoj temperaturi T = 300K koncentracija sopstv
