Физика наноструктур и элементы электроники

Содержание

Слайд 2

Тема лекции: Физика наноструктур и элементы электроники. 1. Свободный электрон и

Тема лекции: Физика наноструктур и элементы электроники.

1. Свободный электрон и потенциальная

яма.

3. Диоды и транзисторы.

2. Основы зонной теории полупроводников.

Наноинженерия – междисциплинарная область фундаменталь-
ной и прикладной науки и техники, предметом которой являются
исследования, проектирование и совершенствование методов про-
изводства и применения интегрированных систем, основанных на
законах и принципах нанотехнологий и микросистемной техники.

Слайд 3

Джон А. Флеминг

Джон А. Флеминг 

Слайд 4

Свободная частица, движущаяся вдоль

Свободная частица, движущаяся вдоль

Слайд 5

Частица в одномерной бесконечно глубокой яме Квантовая точка – наноструктура, в

Частица в одномерной бесконечно глубокой яме

Квантовая точка – наноструктура,

в которой движение носи-
телей ограничено по всем пространственным степеням свободы.
Слайд 6

Простая кубическая Полоний Гранецентрированная Алюминий (Al) Объемно-центри-рованная Молибден, вольфрам Типа алмаза

Простая кубическая

Полоний

Гранецентрированная

Алюминий
(Al)

Объемно-центри-рованная

Молибден, вольфрам

Типа алмаза

Германий, кремний

Решеткой или системой трансляций Браве называется набор элементарных трансляций или трансляционная группа,

которыми может быть получена вся бесконечная кристаллическая решётка.
Слайд 7

Слайд 8

Основные квантовые структуры. 3D-объект –свободный электрон 2D-объект –электрон в слое, толщиной

Основные квантовые структуры.

3D-объект –свободный электрон

2D-объект –электрон в слое, толщиной соизмеримой с

длиной волны де Бройля

1D-объект –электрон в тонкой нити с линейными размерами сечения соизмеримыми с длиной волны де Бройля

Длина свободного пробега – среднее расстояние, проходимое
носителем заряда между последовательными актами рассеяния на дефектах.

Слайд 9

Искусственные образования из типичных квантовых структур.

Искусственные образования из типичных квантовых структур.

Слайд 10

Диэлектрики: Δε>3эВ Проводники: Δε Полуроводники: 0.3эВ

Диэлектрики: Δε>3эВ

Проводники: Δε<0.3эВ

Полуроводники:
0.3эВ<Δε<3эВ

Слайд 11

Каждая волновая функция связана с двумя состояниями, отличающимся по спину. Число

Каждая волновая функция связана с двумя состояниями, отличающимся по спину.

Число электронных

состояний dNs для интервала энергий от W до W+dW

Задача:
Рассматривая только положительные триплеты (nx, ny, nz), найдем полное число волновых функций для кубического ящика, отвечающих возможным значениям энергии (вплоть до заданной величины W).

Слайд 12

(W-WF)/kT С уровнем Ферми совпадает энергетический уровень, вероятность заполнения которого в

(W-WF)/kT

С уровнем Ферми совпадает энергетический уровень, вероятность заполнения которого в

точности равна 0,5.

Условием равновесия двух электронных проводников (безразлично, металлов или полупроводников) является равенство их уровней Ферми.

Уровень Ферми определяется из условия, что, независимо от распределения по уровням, полное число электронов в кристалле должно оставаться неизменным.

Слайд 13

Задача: Определить концентрацию электронов в зоне проводимости. Концентрация разрешенных уровней в

Задача: Определить концентрацию электронов в зоне проводимости.

Концентрация разрешенных уровней в полосе

значений энергии от Wдо W+dW в зоне проводимости

В зоне проводимости

Интеграл преобразиться

Окончательно

Слайд 14

Собственные свойства полупроводника

Собственные свойства полупроводника

Слайд 15

Положение уровня Ферми в собственном п/п Концентрации носителей зарядов. Заряды образуются парами Окончательно

Положение уровня Ферми в собственном п/п

Концентрации носителей зарядов.

Заряды образуются парами

Окончательно

Слайд 16

Собственные свойства полупроводника Германий Кремний

Собственные свойства полупроводника

Германий

Кремний

Слайд 17

Примесные полупроводники Донорная примесь Акцепторная примесь.

Примесные полупроводники

Донорная примесь

Акцепторная примесь.

Слайд 18

Положение уровня Ферми в примесном полупроводнике. . Концентрация носителей

Положение уровня Ферми в примесном полупроводнике. .

Концентрация носителей

Слайд 19

Эквивалентная схема диода

Эквивалентная схема диода

Слайд 20

Слайд 21

Вольтамперная характеристика p-n перехода.

Вольтамперная характеристика p-n перехода.

Слайд 22

Процессы в двух p-n-переходах.

Процессы в двух p-n-переходах.

Слайд 23

Динамический режим работы транзистора. Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим,

Динамический режим работы транзистора.

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при

котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения.
Слайд 24

ТС-схемы. Триггерные схемы (ТС)- схемы в которых значения выходных сигналов однозначно

ТС-схемы.

Триггерные схемы (ТС)- схемы в которых значения выходных сигналов однозначно определяются

значениями входных сигналов в текущий и предыдущие моменты времени .

Триггер имеет два устойчивых состояния и на базовом уровне является двумя усилителями постоянного тока на базе ИЛИ или И.

Уильям Икклз,
Франк Джордан