KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Az anyag mikroszkopikus szerkezete

24. lecke: A félvezetőfizika alapjai

A félvezető-fizika alapjai

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • A félvezetők fizikájának alapjai (és alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Felrajzolni egy tiszta félvezető kötő elektronjainak sémáját és megindokolni, miért alacsony a vezetőképessége ezeknek az anyagoknak szobahőmérsékleten.
  • Felrajzolni és elmagyarázni, milyen változásokat okoz a félvezetők szerkezetében a 3 ill. 5 vegyértékű adalék atomok megjelenése.
  • Elmagyarázni, miért érdemes bevezetni a lyuk fogalmát a félvezető-fizikában.
  • Felrajzolni az adalékolt félvezetők sávszerkezeti ábráját, megnevezve a fontos energiasávokat és berajzolva a Fermi-szintet.
  • Elmagyarázni, miért változtatja meg a félvezető anyagok vezetőképességét már igen kis koncentrációjú adalék atom is.
  • Elmagyarázni a lyukvezetés, diffúziós áram, rekombináció és párkeltés folyamatok mechanizmusát és hatását a félvezetők elektromos tulajdonságaira.
  • A p-n átmenetnél kialakuló folyamatokat kvalitatív módon elmondani, felrajzolni az egyensúlyban a sávszerkezeti ábrát, a töltéshordozó-koncentrációt és a feszültséget, mint a hely függvényét.
  • A fém-félvezető átmenet egyensúlyi állapotában felrajzolni a sávszerkezeti ábrákat és jellemezni, milyen feltételek közt lesz galvanikus a kapcsolat.
  • Értelmezni, miért nem egyformán vezeti az áramot mindkét irányban a p-n átmenet.
  • Röviden elmondani a termoelemek, Peltier-hűtők működésének alapgondolatát.

Támpontok a tanuláshoz

Az előzőekhez hasonlóan ez a lecke is elsősorban elméleti ismereteket közöl, melyek odafigyeléssel elsajátíthatók, amennyiben a korábbi részeket megértette.

A tananyag feldolgozása során különösen fontosak az ábrák, ezért törekedjen ezek megértésére és önálló felrajzolására.

A lecke legnehezebb, de egyben legfontosabb része a p-n átmenet egyensúlyi állapotának kialakulásáról szóló alfejezet. Ennek alapos megértése nélkül a következő lecke teljesen érthetetlen marad, ezért erre különös figyelmet fordítson.

Ellenőrző kérdések
1. Mekkora a tiltott sáv szélessége egy tiszta Si-kristályban?
6,8 eV
3 keV
46 eV
1,1 eV
2. Hány vegyértékű adalék atomokat nevezünk donor atomoknak?
3.
5.
4.
1.
2. Hány vegyértékű adalék atomokat nevezünk akceptor atomoknak?
2.
4.
3.
1.
3. Mi okozza a diffúziós áramot?
A töltéshordozók koncentrációjának inhomogenitása.
Külső elektromos erőtér.
Termikus energia.
Külső mágneses erőtér.
4. Mit nevezünk kisebbségi töltéshordozónak?
A protonokat.
p-típusú félvezetőkben az elektronokat, n-típusú félvezetőkben pedig a lyukakat.
Az akceptorszinten lévő elektronokat.
A donorszinten lévő elektronokat.
5. Mit nevezünk párkeltésnek félvezetők esetében?
Azt a folyamatot, amelyik egy elektron-lyuk pár találkozásakor bekövetkezik.
A fém-félvezető érintkezéskor létrejövő feszültségkülönbséget.
Azt a folyamatot, amikor egy elektron a vegyértéksávból a vezetési sávba kerül és a helyén egy lyuk marad vissza.
Azt a folyamatot, amikor a donorszintről egy elektronpár a vezetési sávba kerül.
6. Milyen feszültségű lesz egy p-n átmenet esetén a p oldal?
Pozitív.
Semleges.
Negatív.
Egyéb körülményektől függően lehet pozitív ill. negatív is.