Budowa pasmowa ciał stałych

Podział ciał stałych pod względem właściwości elektrycznych
przewodniki (przewodzą prąd)
izolatory (nie przewodzą prądu)
półprzewodniki (przewodzą lub nie przewodzą prądu)

Metal
Półprzewodnik samoistny / izolator
Energia potencjalna elektronów w atomie i krysztale krzemu
Struktura pasmowa ciał stałych

Rodzaje przerwy energetycznej
Krzem (Si)
przerwa energetyczna skośna
Eg = 1,11 eV
Arsenek galu (GaAs)
przerwa energetyczna prosta
Eg = 1,43 eV
Elektronowolt (eV) – energia jaką uzyskuje (lub traci elektron), który został przyspieszony (spowolniony) w polu elektrycznym o różnicy potencjałów równej 1V.
1 eV = 1,60219·10-19 J

Rozkład Fermiego-Diraca
Prawdopodobieństwo wystąpienia elektronu w stanie o energii E w danej temperaturze.
kB – stała Boltzmana: 8,61•10-5 [eV/K]
Prawdopodobieństwo wystąpienia elektronu w stanie o energii E dla różnych iloczynów kBT.

Domieszkowanie półprzewodników
Silicium
g: 14
o: 3
z. p.: 2, 8, 4
Borium
g: 13
o: 2
z. p.: 2, 3
Stibium
g: 15
o: 5
z. p.: 2, 8, 18, 18, 5
Półprzewodnik typu P
(domieszkowany akceptorowo)
Półprzewodnik typu N
(domieszkowany donorowo)
Wystarczy tylko
1 atom domieszki
na 107 atomów pp domieszkowanego !!!

Półprzewodnik samoistny
(bez domieszek)
Półprzewodnik typu N
Półprzewodnik typu P
Budowa pasmowa półprzewodników

Właściwości elektryczne
metali / półprzewodników / izolatorów
rezystywność (opór elektryczny właściwy) ρ [Ωm], dla metali ρ < 10-6 Ωm, natomiast dla izolatorów ρ > 108 Ωm (w temperaturze pokojowej)
temperaturowy współczynnik oporu α = (1/ρ)(dρ/dT) [K-1],
koncentracja nośników ładunku n, liczba nośników ładunku przypadająca na jednostkę objętości [m-3],
wzrost temperatury o 1°C powoduje wzrost rezystancji metali o około 0,3-0,6%, natomiast w typowo domieszkowanych półprzewodnikach spadek rezystancji o 5-10%,
przewodnictwo półprzewodników silnie zależy od nawet niewielkiej ilości zanieczyszczeń w krysztale

Złącze metal-półprzewodnik
Możliwe kombinacje złączy metal-półprzewodnik:
półprzewodnik typu n oraz Φm < Φs
półprzewodnik typu n oraz Φm > Φs
półprzewodnik typu p oraz Φm < Φs
półprzewodnik typu p oraz Φm > Φs
w przypadku:
1 i 4 – złącze ma charakter omowy,
2 i 3 – ma charakter prostujący.
Praca wyjścia elektronu, Φ - praca jaką należy wykonać aby przenieść elektron z poziomu Fermiego do nieskończoności (minimalna energia kinetyczna elektronu niezbędna do opuszczenia przez niego powierzchni ciała).

Złącze metal-półprzewodnik (n)
praca wyjścia z metalu < praca wyjścia z półprzewodnika
przed złączeniem
po złączeniu

Złącze metal-półprzewodnik (n)
przed złączeniem
po złączeniu
praca wyjścia z metalu > praca wyjścia z półprzewodnika

Złącze metal-półprzewodnik (p)
przed złączeniem
po złączeniu
praca wyjścia z metalu < praca wyjścia z półprzewodnika

Złącze p-n (dioda)
Niespolaryzowane
złącze p-n

Złącze p-n (dioda)
Złącze bez polaryzacji
Złącze spolaryzowane
w kierunku zaporowym
Złącze spolaryzowane
w kierunku przewodzenia

Dioda LED
Dioda Zenera
Rodzaje diod i typowa charakterystyka I(U) diody
Charakterystyka prądowo-napięciowa diody
Dioda tunelowa
Dioda Schottky’ego
Dioda pojemnościowa
Rodzaje diod:

Tranzystor bipolarny
E – emiter
B – baza
C – kolektor

Tranzystor polowy z kanałem typu n
S – źródło
G – bramka
D – dren

Eniac pierwszy komputer
Pierwsze obliczenia listopad 1945
15.02.1946 – poinformowano opinię publiczną o jego istnieniu
30.06.1946 – koniec testów, ENIAC wszedł w posiadanie armii USA

Dane techniczne
Masa 30 ton
42 czarne blaszane szafy o wymiarach: 3x0,6x0,3m
składał się z: 18800 lamp w 16 rodzajach, 6000 komutatorów, 1500 przekaźników i 500 000 oporników
Zużycie mocy 150kW
Wentylacja: dwa silniki Chryslera o łącznej mocy 24 KM
Po przekroczeniu 48 stopni Celsjusza w którymkolwiek module, termostaty wyłączał cały system

Przeznaczenie
Pracował w systemie dziesiętnym na liczbach 10-cyfrowych (w razie konieczności 20-cyfrowych) dodatnich jak i ujemnych
Używany do rozwiązywania równań różniczkowych potrzebnych przy tworzeniu tablic balistycznych