- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Зонная теория твердых тел презентация
Содержание
- 1. Зонная теория твердых тел
- 2. Энергетические зоны в кристалле Взаимодействие между атомами
- 5. Каждая разрешенная зона «вмещает» в себя столько
- 6. Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений
- 7. Энергетическая зона , образованная из энергетических уровней
- 8. Зонная теория объясняет различие электрических свойств металлов,
- 10. Полупроводники Полупроводниками являются твердые тела, которые при
- 11. Полупроводники: элементы IV, V и VI групп
- 12. Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде
- 13. Электропроводность собственных полупроводников
- 14. Различают собственные и примесные полупроводники. Собственными
- 17. При нагревании или облучении полупроводника электронам верхних
- 18. Движение электронов проводимости и дырок в отсутствие
- 19. Примесная проводимость Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется
- 20. при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 106 раз.
- 21. Электронная примесная проводимость
- 23. Введение примеси искажает поле решетки, что приводит
- 24. в полупроводниках с примесью, валентность которой на
- 25. Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей — донорными уровнями.
- 26. Дырочная примесная проводимость
- 27. Ввведение трехвалентной примеси в решетку кремния приводит
- 30. В полупроводниках с примесью, валентность которой на
- 31. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника,
- 32. В отличие от собственной проводимости, осуществляющейся одновременно
- 34. p-n-переход Граница соприкосновения двух полупроводников, один
- 35. Электроны из n-полупроводника, где их концентрация выше,
- 36. В n-полупроводнике из-за ухода электронов вблизи границы
- 37. Эти объемные заряды образуют у границы двойной электрический слой
- 38. Если приложенное
- 39. Направление внешнего поля, расширяющего запирающий слой, называется
- 40. Если приложенное к p-n-переходу внешнее электрическое поле
- 41. В этом направлении электрический ток проходит сквозь
- 43. Лазер
- 44. Спонтанное излучение - излучение, испускаемое при самопроизвольном
- 45. Индуцированное излучение
- 46. Индуцированное (вынужденное) излучение - излучение возбужденных атомов
- 47. Принцип действия лазера. В 1940 г.
- 48. Лазер - источник излучения, усиливаемого в результате
- 49. Инверсная населенность энергетических уровней - неравновесное состояние
- 50. Принцип действия рубинового лазера Рубин представляет
- 51. Через 10-8 с ионы, передавая часть энергии
- 53. Основные элементы лазера оптический резонатор, состоящий из
- 57. Индуцированное излучение, распространяющееся вдоль оси цилиндрического кристалла
- 58. Основные свойства лазеров Монохроматичность Когерентность Малая угловая расходимость Высокая мощность излучения
Энергетические зоны в кристалле Взаимодействие между атомами в кристалле приводит к тому, что энергетические уровни атомов смещаются, расщепляются и образуют зоны. Энергетическая зона – совокупность N близкорасположенных уровней разрешенных значений энергии,
Слайд 2Энергетические зоны в кристалле
Взаимодействие между атомами в кристалле приводит к тому,
что энергетические уровни атомов смещаются, расщепляются и образуют зоны.
Энергетическая зона – совокупность N близкорасположенных уровней разрешенных значений энергии, полученных при расщеплении в кристалле уровня изолированного атома.
Энергетическая зона – совокупность N близкорасположенных уровней разрешенных значений энергии, полученных при расщеплении в кристалле уровня изолированного атома.
Слайд 5Каждая разрешенная зона «вмещает» в себя столько близлежащих дискретных уровней, сколько
атомов содержит кристалл
Расстояние между соседними энергетическими уровнями в зоне составляет приблизительно 10-22эВ.
Расстояние между соседними энергетическими уровнями в зоне составляет приблизительно 10-22эВ.
Слайд 6Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений энергии - запрещенными энергетическими
зонами.
Разрешенная зона, возникшая из уровней внутренних валентных электронов свободных атомов, называется валентной зоной
Разрешенная зона, возникшая из уровней внутренних валентных электронов свободных атомов, называется валентной зоной
Слайд 7Энергетическая зона , образованная из энергетических уровней внешних , «коллективизированных» электронов,
- зона проводимости
Зона проводимости в кристаллах либо заполнена частично, либо свободна
Зона проводимости в кристаллах либо заполнена частично, либо свободна
Слайд 8Зонная теория объясняет различие электрических свойств металлов, диэлектриков и полупроводников на
основе:
Неодинакового заполнения электронами разрешенных зон
Различной шириной запрещенных зон
Неодинакового заполнения электронами разрешенных зон
Различной шириной запрещенных зон
Слайд 10Полупроводники
Полупроводниками являются твердые тела, которые при T=0 характеризуются полностью занятой электронами
валентной зоной, отделенной от зоны проводимости сравнительно узкой (ΔE порядка 1-2 эВ) запрещенной зоной
Электропроводность полупроводников меньше электропроводности металлов и больше электропроводности диэлектриков.
Электропроводность полупроводников меньше электропроводности металлов и больше электропроводности диэлектриков.
Слайд 11Полупроводники:
элементы IV, V и VI групп Периодической системы элементов Менделеева (
Si, Ge, As, Se, Те)
химические соединения этих элементов (оксиды, сульфиды, селениды, сплавы элементов различных групп)
химические соединения этих элементов (оксиды, сульфиды, селениды, сплавы элементов различных групп)
Слайд 12Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде всего в зависимости удельного
сопротивления от температуры.
С понижением температуры сопротивление металлов падает
У полупроводников с понижением температуры сопротивление возрастает
С понижением температуры сопротивление металлов падает
У полупроводников с понижением температуры сопротивление возрастает
Слайд 14Различают собственные и примесные полупроводники.
Собственными полупроводниками являются химически чистые полупроводники,
а их проводимость называется собственной проводимостью.
К собственным полупроводникам относятся химически чистые Ge, Se, а также многие химические соединения: InSb, GaAs, CdS и др.
К собственным полупроводникам относятся химически чистые Ge, Se, а также многие химические соединения: InSb, GaAs, CdS и др.
Слайд 17При нагревании или облучении полупроводника электронам верхних уровней валентной зоны сообщается
дополнительная энергия – энергия активации ∆Е, и они могут переходить на нижние уровни зоны проводимости.
При этом в валентной зоне освобождаются энергетические уровни – образуются дырки. При наложении внешнего электрического поля электроны зоны проводимости переводятся на более высокие, а дырки валентной зоны на более низкие энергетические уровни. Электропроводность полупроводника становится отличной от нуля.
При этом в валентной зоне освобождаются энергетические уровни – образуются дырки. При наложении внешнего электрического поля электроны зоны проводимости переводятся на более высокие, а дырки валентной зоны на более низкие энергетические уровни. Электропроводность полупроводника становится отличной от нуля.
Слайд 18Движение электронов проводимости и дырок в отсутствие электрического поля является хаотическим
Под
действием электрического поля электроны начнут двигаться против поля, дырки — по полю
Наряду с процессом генерации электронов и дырок идет процесс рекомбинации
для каждой температуры устанавливается определенная равновесная концентрация электронов и дырок
Наряду с процессом генерации электронов и дырок идет процесс рекомбинации
для каждой температуры устанавливается определенная равновесная концентрация электронов и дырок
Слайд 19Примесная проводимость
Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а полупроводники —
примесными полупроводниками.
Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами .
Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами .
Слайд 20при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается
примерно в 106 раз.
Слайд 23Введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной
зоне энергетического уровня D валентных электронов примеси, называемого примесным уровнем.
этот уровень располагается вблизи дна зоны проводимости
этот уровень располагается вблизи дна зоны проводимости
Слайд 24в полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных
атомов, носителями тока являются электроны;
возникает электронная примесная проводимость (проводимость n-типа).
Полупроводники с такой проводимостью называются электронными (или полупроводниками n-типа).
возникает электронная примесная проводимость (проводимость n-типа).
Полупроводники с такой проводимостью называются электронными (или полупроводниками n-типа).
Слайд 25Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами,
а энергетические уровни этих примесей
— донорными уровнями.
Слайд 27Ввведение трехвалентной примеси в решетку кремния приводит к возникновению в запрещенной
зоне примесного энергетического уровня А, не занятого электронами
этот уровень располагается выше верхнего края валентной зоны
этот уровень располагается выше верхнего края валентной зоны
Слайд 30В полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных
атомов, носителями тока являются дырки
возникает дырочная проводимость (проводимость р-типа).
Полупроводники с такой проводимостью называются дырочными (или полупроводниками р-типа).
возникает дырочная проводимость (проводимость р-типа).
Полупроводники с такой проводимостью называются дырочными (или полупроводниками р-типа).
Слайд 31Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называются акцепторами,
а энергетические
уровни этих примесей — акцепторными уровнями.
Слайд 32В отличие от собственной проводимости, осуществляющейся одновременно электронами и дырками
примесная
проводимость полупроводников обусловлена в основном носителями одного знака
Слайд 34p-n-переход
Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а
другой — дырочную проводимость, называется электронно-дырочным переходом
Слайд 35Электроны из n-полупроводника, где их концентрация выше, будут диффундировать в р-полупроводник,
где их концентрация ниже, дырки же - наоборот.
Слайд 36В n-полупроводнике из-за ухода электронов вблизи границы остается нескомпенсированный положительный объемный
заряд неподвижных ионизованных донорных атомов
В р-полупроводнике из-за ухода дырок вблизи границы образуется отрицательный объемный заряд неподвижных ионизованных акцепторов
В р-полупроводнике из-за ухода дырок вблизи границы образуется отрицательный объемный заряд неподвижных ионизованных акцепторов
Слайд 38
Если приложенное к p-n-переходу внешнее электрическое поле совпадает с направлением поля
контактного слоя,
то запирающий слой расширится и его сопротивление возрастет.
то запирающий слой расширится и его сопротивление возрастет.
Слайд 39Направление внешнего поля, расширяющего запирающий слой, называется запирающим
В этом направлении
электрический ток через p-n-переход практически не проходит
Слайд 40Если приложенное к p-n-переходу внешнее электрическое поле направлено противоположно полю контактного
слоя , то оно вызывает движение электронов в n-полупроводнике и дырок в p-полупроводнике к границе p-n-перехода навстречу друг другу
В этой области они рекомбинируют, толщина контактного слоя и его сопротивление уменьшаются.
В этой области они рекомбинируют, толщина контактного слоя и его сопротивление уменьшаются.
Слайд 41В этом направлении электрический ток проходит сквозь p-n-переход в направлении от
p-полупроводника к n-полупроводнику;
Слайд 44Спонтанное излучение - излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного
состояния в другое.
Спонтанное излучение различных атомов происходит некогерентно, так как каждый атом начинает и заканчивает излучать независимо от других.
Спонтанное излучение различных атомов происходит некогерентно, так как каждый атом начинает и заканчивает излучать независимо от других.
Слайд 46Индуцированное (вынужденное) излучение - излучение возбужденных атомов под действием падающего на
них света.
При индуцированном излучении, частота, фаза, поляризация и направление распространения оказываются такими же, как и у волны, падающей на атом.
При индуцированном излучении, частота, фаза, поляризация и направление распространения оказываются такими же, как и у волны, падающей на атом.
Слайд 47Принцип действия лазера.
В 1940 г. советский физик В. А. Фабрикант указал
на возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн.
Российские ученые Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и американский физик Ч. Таунс, создавшие в 1954 г. квантовый генератор излучения, работающий в сантиметровом диапазоне, были удостоены в 1964 г. Нобелевской премии по физике.
Первый лазер, работающий на кристалле рубина в видимом диапазоне, был создан в 1960 г. американским физиком Т. Мейманом.
Слово "лазер" образовано начальными буквами английских слов light amplification by stimulated emission of radiation ("усиление света с помощью вынужденного излучения").
Первый лазер, работающий на кристалле рубина в видимом диапазоне, был создан в 1960 г. американским физиком Т. Мейманом.
Слово "лазер" образовано начальными буквами английских слов light amplification by stimulated emission of radiation ("усиление света с помощью вынужденного излучения").
Слайд 48Лазер - источник излучения, усиливаемого в результате индуцированного излучения.
Усиление излучения, падающего
на среду, возникает тогда, когда интенсивность индуцированного излучения превысит интенсивность поглощенного излучения.
Это произойдет в случае инверсной населенности, если в возбужденном состоянии находится больше частиц, чем в основном n2 > n1.
Это произойдет в случае инверсной населенности, если в возбужденном состоянии находится больше частиц, чем в основном n2 > n1.
Слайд 49Инверсная населенность энергетических уровней - неравновесное состояние среды, при котором концентрация
атомов в возбужденном состоянии больше, чем концентрация атомов в основном состоянии.
Спонтанные переходы являются фактором, препятствующим накоплению атомов в возбужденном состоянии. Этим можно пренебречь, если возбужденное состояние метастабильно.
Метастабильное состояние - возбужденное состояние электрона в атоме, в котором он может находиться достаточно долго (например, 10-3 с) по сравнению с обычным возбужденным состоянием (10-8 с).
Спонтанные переходы являются фактором, препятствующим накоплению атомов в возбужденном состоянии. Этим можно пренебречь, если возбужденное состояние метастабильно.
Метастабильное состояние - возбужденное состояние электрона в атоме, в котором он может находиться достаточно долго (например, 10-3 с) по сравнению с обычным возбужденным состоянием (10-8 с).
Слайд 50Принцип действия рубинового лазера
Рубин представляет собой кристалл оксида алюминия Аl203,
в котором часть атомов алюминия замещена ионами хрома Cr3+.
С помощью мощного импульса лампы-вспышки ("оптической накачки") ионы хрома переводятся из основного состояния Е1 в возбужденное Е2.
С помощью мощного импульса лампы-вспышки ("оптической накачки") ионы хрома переводятся из основного состояния Е1 в возбужденное Е2.
Слайд 51Через 10-8 с ионы, передавая часть энергии кристаллической решетке, переходят на
метастабильный энергетический уровень Е2< Е3, на котором они начинают накапливаться.
Малая вероятность спонтанного перехода с этого уровня в основное состояние приводит к инверсной населенности: n2> n1.
Случайный фотон с энергией
hν = Е2-Е1
может вызвать лавину индуцированных когерентных фотонов.
Малая вероятность спонтанного перехода с этого уровня в основное состояние приводит к инверсной населенности: n2> n1.
Случайный фотон с энергией
hν = Е2-Е1
может вызвать лавину индуцированных когерентных фотонов.
Слайд 53Основные элементы лазера
оптический резонатор, состоящий из полностью отражающего зеркала (1) и
частично пропускающего (около 50%) выходного зеркала (2)
активная среда (3)
устройство накачки (4)
активная среда (3)
устройство накачки (4)
Слайд 57Индуцированное излучение, распространяющееся вдоль оси цилиндрического кристалла рубина, многократно отражается от
его торцов и быстро усиливается.
Один из торцов рубинового стержня делают зеркальным, а другой - частично прозрачным. Через него выходит мощный импульс когерентного монохроматического излучения красного цвета с длиной волны 694,3 нм.
Один из торцов рубинового стержня делают зеркальным, а другой - частично прозрачным. Через него выходит мощный импульс когерентного монохроматического излучения красного цвета с длиной волны 694,3 нм.
Слайд 58Основные свойства лазеров
Монохроматичность
Когерентность
Малая угловая расходимость
Высокая мощность излучения
