Зонная структура непрямозонного полупроводника Si - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Зонная структура непрямозонного полупроводника Si

Энергетическая зонная структура и абсолютный минимум зоны проводимости у кремния. Измерение спектра собственного поглощения образца кремния с помощью электронно-вычислительного комплекса СДЛ-2. Оценка ширины запрещенной зоны исследуемого полупроводника.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ГОУВПО «ВГТУ»)
Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники
Тема «Зонная структура непрямозонного полупроводника Si»
Измерить спектр собственного поглощения образца кремния с помощью электронно-вычислительного комплекса СДЛ-2. Перестроить полученный график в координатах 2 = f(Е) используя следующую формулу:
Из графика зависимости квадрата коэффициента поглощения от энергии оценить ширину запрещенной зоны исследуемого полупроводника. Сделать выводы по проделанной работе.
Курсовая работа содержит 15 страниц, 6 иллюстрации, для написания использовано 3 источника.
2. Методика вычисления коэффициента поглощения
Измерение спектра поглощения представляет собой наиболее прямой и, возможно, простейший метод исследования зонной структуры полупроводников. В процессе поглощения фотон с определенной энергией переводит электрон из нижнего в лежащее выше (возбужденное) энергетическое состояние. Поместив пластинку полупроводника на выходе монохроматора и исследуя ее пропускание, можно выявить все возможные электронные переходы и получить обширную информацию о распределении состояний[2].
Целью данной работы является измерение спектра поглощения непрямозонного полупроводника и расчет, с помощью него, ширины запрещенной зоны.
Кремний имеет кристаллическую решетку типа алмаза, представляющую собой две гранецентрированные кубические решетки, сдвинутые на четверть пространственной диагонали. Элементарная ячейка содержит два атома. Для них первая зона Бриллюэна не является кубом, а имеет форму четырнадцатигранника[1] (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Первая зона Бриллюэна полупроводника типа алмаза
У атома кремния имеется четырнадцать электронов. У него последняя оболочка не заполнена, в ней в p-состоянии имеется два электрона с параллельными спинами. Поскольку зона проводимости и валентная зона кремния включает p-состояние, для которого в кристалле вырождение снимается, то каждая из них представляет собой наложение трех различных зон. На рисунке 2.2 они представлены тремя ветвями E(k) [1]. Эта зависимость не одинакова для разных кристаллографических направлений. Одна из ветвей E(k) зоны проводимости лежит значительно ниже других. Положение абсолютного минимума энергии определяет дно зоны проводимости. Минимумы энергии называют долинами.
Абсолютный минимум зоны проводимости у кремния лежит в направлении осей [100] недалеко от границы зоны Бриллюэна. Поэтому у кремния имеется шесть эквивалентных минимумов энергии, а следовательно, у кремния на первую зону Бриллюэна приходится шесть эллипсоидальных поверхностей постоянной энергии, вытянутых вдоль осей [100] . Центры эллипсоидов расположены на расстоянии трех четвертей от центра зоны Бриллюэна.
E g - ширина запрещенной зоны; знаком плюс обозначены дырки в валентной зоне; знаком минус - электроны зоны проводимости.
Рисунок 2.2 - Энергетическая зонная структура кремния
Минимальное расстояние между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны называют шириной запрещенной зоны. При нормальном давлении и комнатной температуре ширина запрещенной зоны для кремния 1,12 эВ.
кремний проводимость спектр полупроводник
2. Методика вычисления коэффициента поглощения
Как известно, коэффициент пропускания T представляет собой отношение интенсивности света прошедшего через образец к интенсивности падающего на него света и позволяет оценить ширину запрещённой зоны материала.
Однако для однозначного количественного определения параметров энергетической структуры полупроводника необходимо анализировать спектр поглощения, а не спектр пропускания. Поэтому существует методика вычисления коэффициента поглощения на основании экспериментально полученного коэффициента пропускания. Для его вычисления необходимо знать толщину образца.
Коэффициент пропускания представляет собой отношение интенсивности света, прошедшего сквозь образец, к интенсивности падающего света.
где I 0 - интенсивность падающего света;
I - интенсивность проходящего света;
Используя формулу (5), можно перестроить зависимость коэффициента пропускания от длины волны падающего света в зависимость коэффициента поглощения от длины волны падающего света[3].
Для оценки ширины запрещенной зоны образца нужно сначала перестроить зависимость коэффициента поглощения от длины волны в зависимость коэффициента поглощения от энергии квантов падающего света, а затем в зависимость квадрата коэффициента поглощения от энергии квантов.
В данной работе использовался образец кремния толщиной d=300 мкм. Измерение оптических параметров проводили с помощью электро-вычеслительного комплекса СДЛ-2. В результате измерений получают зависимость пропускания света определенной длины волны через пленку на подложке от длины волны проходящего света через образец. Для дальнейшего анализа полученных зависимостей нам необходимо знать зависимость коэффициента поглощения от энергии. Энергия вычисляется по следующей формуле:
? - длина волны проходящего света, мкм.
По вышеописанной методике был снят спектр пропускания для образца кремния. Результат представлен на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Спектр пропускания образца кремния
Далее перестраиваем зависимость пропускания от длины волны в зависимомть от энергии квантов. Результат представлен на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 - Спектр пропускания образца кремния
Для определения ширины запрещённой зоны, необходимо построить зависимость коэффициента поглощения от энергии квантов, зная толщину образца d=300 мкм. Результат представлен на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 - Спектр поглощения образца
Для более точного определения ширины запрещённой зоны необходимо простроить зависимость квадрата и корня коэффициента поглощения от длины волны.
Рисунок 4.4 - Спектр квадрата поглощения
Из рисунка 4.4 видно, что ширина запрещенной зоны образца E g =1,17 эВ.
В ходе данной работы было проведено изучение свойств образца кремния оптическим методом. Были сняты спектры пропускания и с помощью них построены спектры поглощения образца. На основе полученных результатов была оценена ширина запрещенной зоны образца. Она равна E g =1,17 эВ.
Данный результат расходится со справочными данными лишь на 0,05 эВ, что подтверждает высокую эффективность использования оптических методов при изучении свойств полупроводников.
Кроме того, в ходе работы образец кремния не был подвержен никаким воздействиям, приводящим к изменению его электрофизических свойств, следовательно оптические методы можно использовать для контроля качества полупроводниковых материалов с минимальным риском ухудшения их характеристик.
1 Шалимова К.В. Физика полупроводников: учебник для вузов / К.В. Шалимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 392 с.
2 Панков Ж. Оптические процессы в полупровдниках / Ж. Панков - М.: Мир, 1973. - 374с.
3 Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников / Ю.И. Уханов. - М.: Наука, 1977. - 368с.
Применение полупроводникового кремния. Характерные значения и методы определения ширины запрещенной зоны в полупроводниках, ее зависимость от температуры в кремнии. Экспериментальные и теоретические методы исследования зонной структуры твердых тел. контрольная работа [301,6 K], добавлен 11.02.2014
Главные приближения, лежащие в основе зонной теории. Кристаллическая решетка полупроводника, его энергетические уровни. Наличие электронов в зоне проводимости или наличие вакантных мест в валентной зоне, необходимое для возникновения электропроводности. реферат [306,5 K], добавлен 30.06.2015
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников. Расчет концентрации ионизованной примеси. Контакт двух полупроводников с различными типами проводимости. Электронно-дырочные переходы. Полупроводниковые выпрямители. Суть сверхпроводимости. презентация [122,7 K], добавлен 09.04.2015
Энергетические зоны в полупроводниках. Энергетическая диаграмма процесса переноса электрона с энергетического уровня в зону проводимости. Пример внедрения трехвалентного атома в решетку кремния. Эффективная плотность состояний в зоне проводимости. реферат [730,0 K], добавлен 26.08.2015
Полупроводниковый кремний как один из важнейших полупроводниковых материалов, используемых в настоящее время. Ширина энергетического зазора между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электрона. контрольная работа [417,4 K], добавлен 25.11.2012
Изучение свойств карбида кремния. Понятие омического контакта. Разработка и оптимизация технологии воспроизводимого получения омических контактов к карбиду кремния n- и р-типа проводимости на основе выявления факторов, влияющих на его формирование. курсовая работа [165,7 K], добавлен 10.05.2014
Деление твердых тел на диэлектрики, проводники и полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводниковых материалов. Исследование изменений сопротивления кристаллов германия и кремния при нагревании, определение энергии их активации. лабораторная работа [120,4 K], добавлен 10.05.2016
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Зонная структура непрямозонного полупроводника Si курсовая работа. Физика и энергетика.
Курсовая работа: Особенности развития эмоционально-волевой сферы у детей младшего школьного возраста с заиканием
Контрольная работа: Исследование рынка творога. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа: Внешняя и внутренняя среда организации. Скачать бесплатно и без регистрации
Социальные Изменения Реферат По Социологии
Контрольные работы: Религия
Пушкин Сочинения В 10 Томах
Реферат: Використання матеріалів і приладдя на уроках вивчення натюрморту
Сочинение На Тему Мама И Дочь
Сочинение по теме A Character Analysis of William Faulkner's "A Rose For Emily"
Педагогические Идеи Макаренко Реферат
Реферат: Бюджетное устройство и бюджетная система РФ
Реферат: Paradise Lost Essay Research Paper Where Connotations
Реферат: Interracial Couples Essay Research Paper The Social
Курсовая Работа На Тему Финансово-Кредитная Система Рф, Принципы Ее Формирования И Функционирования Отдельных Звеньев
Курсовая работа: Структурный анализ рычажного механизма
Эссе по теме Бунт личности
Курсовая работа по теме Определение параметров скважинных зарядов ВВ в условиях уступной отбойки горных пород
Курсовая работа по теме Социальное партнерство в Российской Федерации
Реферат: История открытия и практическое применение электромагнетизма
Контрольная Работа По Теме Химический
Система социальных услуг в современной Германии и проблемы ее реформирования - Международные отношения и мировая экономика курсовая работа
Планирование фонда заработной платы - Менеджмент и трудовые отношения реферат
Акрополь в Афинах. Симфония цвета - Культура и искусство презентация