curs 4 -semiconductori- 2015

7/23/2019 Curs 4 -Semiconductori- 2015

1/29

CHIMIE

Curs 4-Semiconductori

Conf. dr. ing. Nicoleta Badea


2/29

CUPRINS1. Definitie2. Exemplu de semiconducturi

3. Structura semiconductorilor

4. Conductibilitate de tip ni p

5. Semiconductori intrinseci

6. Semiconductori dopati

7. plicatii


3/29

Definitie

Semiconductorii sunt materiale a crui rezistivitate estecuprins ntre cea a materialelor conductoare i izolatoare, n

care predomin legturile covalente.

Semiconductorii tipici sunt elementele din grupa a IV a Si,!e, Sn

Prezinta o retea covalenta de tip diamant, in care "iecare atomse gaseste in starea de #i$ridizare sp%


4/29

Structura !Siliciu

Structura cristalului de Si !2D

Confi"uratia electronica a atomului de Si

Structura cristalului de Si !3D


5/29

Semiconductori &anda de conductie si $anda de valenta sunt separate printr'o$anda interzisa

Saltul electronilor din $anda de valenta in $anda de conductie se"ace cu aport de energie


6/29

#etale &anda de valenta (&V)' $anda cu energie *oasa (la + - )

completata cu electroni

Banda de conductie (BC) -$anda alaturata, de energie inalta

/a metale $anda de valenta si $anda de conductie suntalaturate

Saltul electronilor din $anda de valenta in $anda de conductiese realizeaza "ara aport de energie


7/29

$%olatori Su$stante care nu conduc curentul electric0

&anda interzisa este e1tinsa

Saltul electronilor se "ace cu aport mare de energie

2iamantul devine conductor, daca energia de e1citare estemai mare decat energia $enzii interzise (iradiere cu radiatii 3)


8/29

2imensiunea $enzii interzise variaz

4lement Re5ea 4nergia $enziiinterzise 6eV7 Propriet5i electrice

C diamant 8,9 izolator

Si diamant :,: semiconductor

!e diamant -,; semiconductor

Sn diamant -,-< semiconductor

P$ cu$ic - conductor metalic


9/29

Conductibilitate de tip ni p

Conduc5ia electric n semiconductori este datorat at=telectronilor din $anda de valen5 c=t i golurilor din $anda devalent.

Conducti$ilitate de tip n ' conducti$ilitatea $enzii deconduc5ie, prin electroni0

Conducti$ilitate de tip p' conducti$ilitatea datorat golurilorpozitive din $anda de valen5


10/29

Semiconductori intrinseci

Consideram unsemiconductor pur la + -

Nu e1ista niciun electron in$anda de conductie

/a + > - un numar deelectroni sunt e1citati termicin $anda de conductie lasandacelasi nr goluri in $anda

valenta


11/29

Semiconductor intrinsec la & '( )

4lectronii si golurile determina curentul electric cand seaplica o tensiune

Si si !e pur conduc curentul electric printr'un nr. egal deelectronii si golurile


12/29

Conducti$ilitatea electrica

2epinde de temperaturasi energia $enzii interzise (nr de electroni

promovati in $anda de conductie ) mo$ilitatea electronilor

In"luenta temperaturii asupra conducti$ilitatii electrice' la metale ? conducti$ilitate electrica scade0' la semiconductori ? conducti$ilitatea electrica creste (creste nr. de

sarcini din $anda de conductie)

@o$ilitatea electronilor ' /a cresterea temperaturii mo$ilitatea electronilor scadeinteractiunile dintre electroni cresc0

' 2epinde de de"ectele de retea si de impuritati


13/29

ConsideramEV= 0, candEC= EI

Nr de electroni este egal cu nr. de goluri, ne np

ne nh creste rapid cu temperatura

E = EI


14/29

Semiconductori dopa*i Se o$5in prin ncorporarea controlat a impurit5ilor n

structura semiconductorilor n scopul m$unt5iriiconducti$ilit5ii electrice a acestora.

An "unc5ie de natura impurit5ii se pot o$5ine semiconductori de tip n(Si dopat cu P, Bs)0 semiconductori de tip p( Si dopat cu Al).

Propriet i electrice ale semiconductorilor pot "i modi"icatedrastic prin dopa*


15/29

Semiconductori de tip n su$stitirea unui atom de Si (grupa a IVB) cu un

atom din grupa a V'B (e1. Bs sau P).

: atom de P la :-


16/29

Semiconductori de tip n '

' Impuritati creaza un nivel de energien cadrul $enzii interzise, aproape de

$anda de conductie

'Nivelurile sunt apropiate de $anda deconductie, ast"el nc=t energianecesar pentru a ioniza atomul estemic si o "ractiune considera$il de

atomi de donatori vor "i ionizati, latemperatura camerei


17/29

Semiconductori de tip p

su$stitirea unui atom de Si (grupa a IVB) cu un atom din grupaa III'B (e1. Bl sau In)

cand elementul din grupa a III B inlocuieste un atom de Si,

"oloseste doar % electroni in "ormarea legaturii covalente

: gol pozitiv ramane in $anda de valenta

semiconductori acceptori


18/29

Semiconductori se numesc de tipp, deoarece acestea continepurttori de sarcinpozitivi



19/29

Impuritati creeaz niveluri Dsuper"icialeE in cadrul $enziiinterzise ' niveluri "oarte apropiate de $anda de valen , ast"elnc=t energia necesar pentru a ioniza atomul (accepta electroni

care umple golul i sa creeze un alt gol n continuare de la atomulsu$stituit) este mic



20/29



21/29

Un dopant cu mai putini electroni decat reteaua sa

poate "orma o $anda ingusta care accepta electronide la $anda de valenta.!olurile din $anda sunt mo$ile,

semiconductor de tip p ("ig a)

Un dopant cu mai multi electroni decat reteaua sapoate "orma o $anda ingusta care trimite electronide la $anda de conductie.

4lectronii trimisi sunt mo$ile,semiconductor de tip n ("ig $)


22/29

plicatii !proprietati optice

2ac semiconductorul sau izolatorul nu prezinta impurit i n $anda,"otoni cu energii mai mici dec=t energia $enzii nu poate "i a$sor$it

Semiconductori cu $and ngust (Si, !aBs) nu sunttransparenti, iar izolatorii si semiconductori de $anda larga sunttransparenti in UV


23/29

plicatii

Proprietati optice emisie diode emitatoare de lumina (/42) si diode laser (/2)

a$sorptie ("iltrare) oc#elari de soare Filtre de Si transmiterea radiatiei IR si $locarea radiatiei UV


24/29

plicatii +otoconducti,itatea' conductivitatea semiconductorilor poate "i

crescuta cu a*utorul luminii

Celule solare ? converteste lumina in curent electric 2etectori de radiatii IR Celule "otoelectrice ?utilizate la usile automate0 Gerogra"ie ? "irul de Se amor" este incarcat electrostatic Camere digitale


25/29

2iode

Dioda semiconductoare este un dispozitivelectronic constituit dintr'o *onc iune p-nprevzut cu contacte metalice la regiunile p

i n i introdus ntr'o capsul din sticl,metal, ceramic sau plastic.

Bnoduldiodei ' regiuneapa *onc iunii0Catoduldiodei ' *onc iunea n0

H *onctiune intre un semiconductor de tip nsi unul de tipppermitetrecerea curentului intr'o singura directie.

Bpare o $ariera de potential la *onctiunea n'p, di"uzia electronilor sigolurilor inceteaza cand se atinge o anumita valoare a potentialui.


26/29

Procesele care au loc ntr'o *onc iune (sau n urma interac iunii mai multor *onc iuni), determin propriet ile electrice ale dispozitivelor

semiconductoare.

Bceste procese sunt in"luen ate de regimul de polarizare a regiunilor.

1. -n absen a unei tensiuni aplicate din exterior ' o parte din golurile li$ere ale regiunii p(a"late n zona de vecintate),

di"uzeaz n regiunea n, unde se recom$in cu electronii0' o parte din electronii li$eri ai regiunii n (a"la i n zona de vecintate),

di"uzeaz n regiuneap, unde se recom$in cu golurile.

Bceste sarcini electrice creeaz un c=mp electric ndreptat de la nsprepi produc o $arier de poten ial care se opune di"uziei purttorilor

ma*oritari, "avoriz=nd trecerea prin *onc iune a purttorilor minoritari.


27/29

2iode

Semiconductor PN-Junction Diode

Bipolar Junction Transistor


28/29

Concluzii

Cel mai utilizat semiconductor este Si

Cristalele purese numesc semiconductori intrinseci

Cristalele dopate se numesc semiconductori e1trinseci

Semiconductorii dopati sunt de tip nsaup

Semiconductoriide tipn? semiconductori cu e1ces de electroni (-),transportori minoritari de goluri.

Semiconductoriide tipp ' semiconductori cu e1ces de goluri (+),transportori minoritari de electroni.


29/29

Semiconductorii sunt materiale de $az pentru "a$ricareadispozitivelor i a circuitelor integrate, c=t i a nanocristalelor.

41emplu de semiconductori utiliza5i n electronic

' semiconductori simpli Si, !e, Sn,

' compusi semiconductori

' compusi $inari din grupele (IIIV, IIVI, IVII, IVIV) SiC, Si!e, !aBs, !aS$, CdSe, CdS, JnS0

' compusi ternari Jn!eBs, JnSiPK, etc.

curs 4 -semiconductori- 2015

Documents