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SEMICONDUCTOR CRYSTALS Band Structure, Direct and Indirect Gap Crystal Momentum k Holes and Effective Mass Intrinsic Semiconductors Donnors and Acceptors.

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Presentación del tema: "SEMICONDUCTOR CRYSTALS Band Structure, Direct and Indirect Gap Crystal Momentum k Holes and Effective Mass Intrinsic Semiconductors Donnors and Acceptors."— Transcripción de la presentación:

1 SEMICONDUCTOR CRYSTALS Band Structure, Direct and Indirect Gap Crystal Momentum k Holes and Effective Mass Intrinsic Semiconductors Donnors and Acceptors Band Structure of Si and Ge Fermi Surface Electron and Hole orbits Experimental Methods: De Haas Van Alphen and ARPES

2 BAND STRUCTURE B. Valencia B. Conduccion B. Valencia k GAP DIRECTO GAP INDIRECTO EgEg EgEg k (foton)  0; ħ  = E g

3 BAND STRUCTURE OF GERMANIUM Gap indirecto

4 BAND STRUCTURE OF SILICON Gap indirecto

5 BAND STRUCTURE OF GALIUM ARSENIDE EGEG Gap directo

6 ENERGY GAP

7 BAND STRUCTURE: DIRECTIONS IN K-SPACE FCC BCC 1 Zona de Brillouin

8 CRISTAL MOMENTUM Onda electronica Efecto del Campo electrico Ecuacion de fuerza identica a la de particula libre con momentum p = ħk

9 ELECTRONES Y HUECOS Huecos = Electrones faltantes

10 PROPIEDADES DE LOS HUECOS “Banda de huecos” Banda de electrones

11 MASA EFECTIVA meme m*m*

12 m*1m*1 m*2m*2 m*3m*3 m* 1 < m* 2 < m* 3 k 

13 MASA EFECTIVA

14 MEDICION DE LA MASA EFECTIVA B eh  RESONANT ABSORTION OF RF RADIATION cc   B eh  f(RF):10-100 GHz B: 1-10 T T: 1-100 K Frecuencia de ciclotron

15 Pares electrón - hueco Generados térmicamente Generados por luz Generados por campo eléctrico Semiconductor intrínseco GENERACION DE PORTADORES INTRINSECOS

16 Semiconductores Intrínsecos Aumento de población por energía térmica Estadística de población Electrones  n e Huecos  p h

17 Semiconductores Intrínsecos

18

19 Movilidad

20 EFECTO HALL B J q v FLFL FHFH ++++++++++++ ------------ EHEH B J Fuerza total sobre una particula cargada sometida a Campos Electrico y Magnetico h Vista superior

21 TENSOR DE CONDUCIVIDAD Determinacion del tipo de portadores  signo de R H Medicion de la densidad de portadores n y p  R H Caracterizacion general del Transporte electrico y Magnetico: Tensor de conductividad [  ] y de resistividad [  ] Existencia de portadores n y p

22 Enlace covalente Estructura cristalina: FCC IMPURITY CONDUCTIVITY: DOPING

23 Dopaje Faltante de un electrón = un hueco Aceptor → tipo p Donador → tipo n

24 Dopaje: Donadores y aceptores DonnorsAcceptors

25 Niveles de energía Valores típicos de dopaje EFEF

26 DONNOR IONIZATION ENERGY Ionization Energy of Donnor atoms E d close to thermal energy K B T ~ 26 meV at room T Ionization Energy of hydrogen atom

27 STATISTICS OF DOPED CARRIERS E d close to thermal energy K B T ~ 26 meV at room T

28 FERMI SURFACE Fermi Surface Primera Zona Brillouin Superficie de Fermi 2D SF Cristal SC SF Cobre (FCC) Los portadores de carga se desplazan sobre la superficie de Fermi bajo el efecto de campos electrico y magnetico


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