Click here to load reader

komponente Poluprovodniˇcka Elektronske · PDF filePredavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka svojstva silicijuma Kristalna struktura silicijuma Elektriˇcna

  • View
    20

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of komponente Poluprovodniˇcka Elektronske · PDF filePredavanja 2016. Elektronske komponente...

  • 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

Search related