الكترونيات

الكترونيات

الجوامد .1 توصيلية

الموصالت .2 تعريفها أشباه مميزات ، السيلكون ،

األلكترونية .3 (p-n) ... الترانزيستور المركباتالثنائية الوصلة

. ثابت. ن دE-mail: [email protected]

Tel. 3 860 2443/4105

الموصالت .1

Conductors

الكهربائية .1 التوصيلية

R = L/A

V = R

V

(.m) المقاومية

(.m-1) التوصيلية

V

IV

L

الكهربائية التوصيلية

V = 1 mV

L = 10 cm

A= 1 mm 2

I = 0.6 A , xm-1 Cu نحاس

I = 2 10-8 A, m-1 Ge جرمانيوم

I < 10-20 A, m-1 Al2O3 األلمينيوم أكسيد

L

A

سؤال:التوصيل في تتحكم التي المادة خواص هي ما

الكهربائي؟

J = n q vA/cm2 كثافة :التيار

n: ) في عددها الحرة األلكترونات كثافة( الحجم وحدة

سرعة األلكترونات

الشحنة

Conductors Metals الموصالت الفلزات



E كهربائي مجال

حر 1022 :نحاس cm-3 الكترون

Drift velocity سرعة األنزياح

السرعة = 0معدل v = E

األلكتروناتفي انزياحالمعاكسللمجال األتجاه

الكهربائ

عشوائية حركة

البداية النهاية نقطة البداية نقطة النهاية نقطة نقطة

E

الكهربائية التوصيلية

v = E

J = n q E

J = E I /A = V/L V= (-1 L/A ) I

n q

(Defects) و تتأثربالحرارة العيوب

الشوائب وتتأثربالحرارة

األلكترونات Mobility :حركية

األلكترونات حركية

اصطدام بذرة الكترونشائبة

تهتز شائبة ذرات ذرة

اصطدام بذرات الكترون

مهتزة

--

األلكترونات سرعة

األهتزازات و البلورية العيوباأللكترونات حركة تعيق الذرية

الخالصة

تركيز و الحرارة درجة زيادةمنسرعة يقلل الشوائب

األلكترونات

V0

AV

I

V0

الكهربائية درجة التوصيلية تأثيرعلى الحرارة

الموصالت شبه .2

Semiconductors

ZnS بنية (Diamond) البنية الماسية

C, Si, Ge, Sn

أمثلةأمثلة

GaAs, AlAs, ZnSe, CdS,InSb

(Silicon ) السيلكون

تساهمية رابطة تساهمية T = 0Kألكترونات

Semiconductors2. الموصالتشبه

Semiconductors الموصالت شبه

السيلكون : مثال

T = 300K حرة 1010 عند الكترونات cm-3

حر ألكترون

السيلكون فجوة ذرات

األلكتروناتفي طاقة الجوامد

وحيدة ذرة ذرتان

1s2

2s2

2p4


N : ذراتعديدة

مستوى N

4 الكترون N

2p

شريط

2s

شريط

1s شريط

2 الكترون N

2 الكترون N


2p

شريط

2s

شريط

1s شريط

المسافة

الطاقة

و موصالت شبه موصالت، عوازل

التوصيل شريط

: التكافؤ شريطمملوء

جزئيا فارغمملوء

عازل موصل أو موصل شبه T = 0K

عوازل و موصالت شبه

شريط التوصيل

: التكافؤ شريطمملوء

Eg (eV) الطاقة فجوةGe Si InP GaAs CdTe CdSe CdS SiC ZnO GaN Al2O3 MgO SiO2 CaO0.66 1.12 1.35 1.43 1.45 1.73 2.42 2.86 3.4 3.5 8 9 8 9

موصالت شبه عوازل

عازل

Eg >5 eVEg <5eV الطاقة فجوة

موصل شبه

التحريضالحراري لأللكترونات

فجوة

(Valence Band): شريطالتكافؤ

Ec

Ev

حر ألكترون

فجوة

حر ألكترون

pi = ni : قانونحفظ الشحنة

Si: ni = 1010cm-3

Ge ni = 3. 1013 cm-3

و األلكترونات اندماج الفجوات

Electron Hole Recombination

(Valence Band): شريطالتكافؤ

Eg

ألكترونات

فجوات

فوتونين انبعاث

Eph=Eg(eV)=1.24/m)

فجوتين و ألكترونين فناءشريط الى ألكترونين انتقال التكافؤ

و

(Doped Silicon) n السيلكوننوع المشوب

تساهمية ألكترونات

المجموعة من شائبة ذرة :الخماسية

P, As, Sb,…..

االرتباط ضعيف ألكترون

في مساهمة المانحة الشوائبالحرة األلكترونات عدد زيادة

المانحة بالشائبة مرتبط ألكترونألكترونان حران

(D0) مؤينة غير مانحة شائبة (D+) مؤينة مانحة شائبة

ND + p = n : حفظ قانون الشحنة

D+D0

ND ~ n

حر ألكترون

حرة فجوة

تساهمية ألكترونات

من كاسبة شائبة ذرةالثالثةالمجموعة :

B, Al, In, Ga,…..

ني ألكتروموقع شاغر

(Doped Silicon) p السيلكوننوع المشوب

في مساهمة الكاسبة الشوائبالفجوات عدد زيادة

حر ألكترون

(A0) مؤينة غير شائبة كاسبة (A-) مؤينة كاسبة شائبة

NA + n = p : حفظ قانون الشحنة

A-A0

NA ~ p

حر ألكترون

فجوة

الموصالت التوصيلية أشباه فينوعان :

n و p

--

+

+

+

++

+

+

--

--

-

انتقال عن ناتج عن الفجوات تيار ناتج األلكترونات تيار انتقال

n q n p q p

-

-

+

+

األلكترونية .3 :المركبات

p-n الوصلة : الثنائية الترانزيستور

p-n الوصلة : الثنائية

- -+

++

+

+

-

--

- -

Nd= n Na= p

- --

--

-+

+

+

+

++

+

+

+

++

+

+

--

--

-- -

-

--

- -

-

+

+

+

+

++

+

+

+-

-+

شوائب ذراتمانحة

شوائب ذراتكاسبة

حرة ألكترونات ت فجوا

(V=0, I=0) األتزان حلة الثنائية p-n: فيالوصلة

Nd= n Na= p

++

+

--

-- -

-

- -

-+

+

+

+

+

+

--

+

+

ومفرغة مشحونة منطقةالفجوات و األلكترونات من

Depleted region

كهربائي مجال داخلي

Neutral n- region Neutral p- region

غير ( حيادية منطقةنوع p مشحونة) من

غير ( حيادية منطقةنوع n مشحونة) من

++

+- -

-

- -

-

خارجي جهد تأثير الثنائية تحتالوصلة

+ -

Forward bias أمامي جهد

VV

الكهربائي المجال الداخلي

الكهربائي المجال الخارجي

E- +

الجهد تزايد مع أسيا تيارمتزايد

- +

++

+- -

-

- -

-


+ -

Reverse bias عكسي جهد

VV

الكهربائي المجال الداخلي

الكهربائي المجال الخارجي

E+ -

و ضعيف تيارثابت

+ -


Voltage (V)0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

Cur

ren

t (m

A)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

Ge Si

I=I0 exp[(qV/kT)-1]

++

+-

--

--

-

للضوء الثنائية الوصلة الباعثة Light Emitting Diode (LED)

+ -

Forward bias أمامي جهدVV

- +

R

++

--

- -

Eph=Eg (eV)=1.24/m)

GaN: 3.5eV, ZnO: 3.4eV, m : أزرق !!! ضوء

من مصنوع ترانزيستور أول

)1947الجرمانيوم (

مشوبة مناطق

الباعث مجمع

القاعدة

(Ge) موصل شبه

http://www.techfak.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_4/backbone/r4_1_2.html

InP and GaAs-based Heterojunction Bipolar Transistors (HBTs)

http://www.eecs.umich.edu/dp-group/HBT/

http://www.columbia.edu/~oj15/materials/transistor

MOSFET ترانزيستور

النانتكنلوجيا عصر بداية

الكربون من نانوأنبوب

http://www.research.ibm.com/nanoscience/fet.html

يتضاعفعدد الترانزيستوراتفي سنتين كل الواحد الميكربروسيسر

Documents

الكترونيات