مقاله کامل در مورد روشهای مستقیم کردن نیمه هادی ها- از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید.
چکیده
روشهای مستقیم کردن نیمه هادی ها
تعاریف اولیه :
طول عمر نوری : مدت زمانی که الکترون و حفره باز ترکیب گردند ( مدت زمانی که طول میکشد الکترون یا حفره محو گردند) در عناصر نوری مواد دارای طول عمر کمتر مناسب و مورد استفاده است.
فونون : کوانتای ارتعاشات شبکه ( بلوری ) است و دارای اندازه حرکت می باشد. (دارای جرم)
فوتون : کوانتای نور و یا هر نوع تابش الکترومغناطیسی است واندازه حرکت صفر دارد.(جرم صفر)
نقص شبکه : هر عاملی که باعث شود پتانسیل پریودیک شبکه به هم بخورد (با Trap مدل میکنند)
اصل عدم قطعیت: فت‌های مشخصی از خواص فیزیکی، مانند مکان و تکانه، نمی‌تواند با دقتی دلخواه معلوم گردد. به عبارت دیگر، افزایش دقت در کمیت یکی از آن خواص مترادف با کاهش دقت در کمیت خاصیت دیگر است.
تعاریف اولیه :
طول عمر نوری : مدت زمانی که الکترون و حفره باز ترکیب گردند ( مدت زمانی که طول میکشد الکترون یا حفره محو گردند) در عناصر نوری مواد دارای طول عمر کمتر مناسب و مورد استفاده است.
فونون : کوانتای ارتعاشات شبکه ( بلوری ) است و دارای اندازه حرکت می باشد. (دارای جرم)
فوتون : کوانتای نور و یا هر نوع تابش الکترومغناطیسی است واندازه حرکت صفر دارد.(جرم صفر)
نقص شبکه : هر عاملی که باعث شود پتانسیل پریودیک شبکه به هم بخورد (با Trap مدل میکنند)
اصل عدم قطعیت: فت‌های مشخصی از خواص فیزیکی، مانند مکان و تکانه، نمی‌تواند با دقتی دلخواه معلوم گردد. به عبارت دیگر، افزایش دقت در کمیت یکی از آن خواص مترادف با کاهش دقت در کمیت خاصیت دیگر است.
بند گپ : به مناطقی گفته میشود که هیچ الکترونی نمی‌تواند وجود داشته باشد. اختلاف انرژی میان حد پایین نوار رسانش و حد بالای نوار ظرفیت است.
نیم رسانای مستقیم : ساختار تراز‌های انرژی دارای یک تراز کمینه در باند هدایت و یک تراز بیشینه در باند ظرفیت است. در برخی از نیم رساناها مثل GaAs کمینه و بیشینه به ازای یک عدد موج (K) وجود دارد. یعنی وقتی که الکترون از باند هدایت به باند ظرفیت منتقل میشود، با گسیل انرژی E = HV ، اندازه حرکت تغییر نمی کند .چون K تغییر نکرده است.( طول عمر نوری کم).
نیم رسانا غیر مستقیم : در نیم رسانای غیر مستقیم ، الکترون از باند هدایت به باند ظرفیت منتقل میشود، ولی ضمن انتقال دچار تغییر در اندازه حرکت میشود. چون K تغییر میکند مقداری انرژی بجای انتشار فوتون عموما بصورت گرما(فنون) به شبکه داده میشود. در این نیم رسانا ، مینیمم باند هدایت در مقابل ماکزیمم باند ظرفیت قرار نگرفته است. از جمله نیم رسانای غیر مستقیم GaP است. (طول عمرنوری زیاد).
چند نمونه از نیمه رسانا های مستقیم و غیر مستقیم
CdS direct GaAs direct GaN direct GaP indirect InAs direct Si indirect ZnO direct
InxGa1-Xp – AlxGa1-xAs DIRECT/ INDIRECT
ناخالصی ها دارای الکترونهای یکسان ، به عنوان ناخالصی جایگزین استفاده میگرند.که دارای ساختار الکترونی همانند لایه ظرفیت عنصر پذیرنده دارند . به عنوان مثال ناخالصی ژرمانیم در سیلیکون، یا ناخالصی نیتروژن در فسفید گالیم و…. این ناخالصی ها را ناخالصی های خنثی می نامند که منجر به دوپینگ کریستال میزبان نیمه هادی نمی شود. با این حال جایگزین بعضی اتمهای هم ساختار با اتم میزبان می شود. ابن نوع ناخالصی ها ی دارای الکترونهای یکسان ، به دو دسته تقسیم می شوند.
نوع اول : که سطوح گسسته و مجزای جدید ایجاد نمیکند . با تغییر درصد مولی خود ماده این اتفاق می افتد.
نوع دوم : با استفاده از عناصر مشابه موجب ایجاد سطح مجزا (حالت برانگیختگی) در نوار ممنوع میشوند. (ایجاد نقص در شبکه)
تغییر درصد مولی : برای نمونه برای با تغییر در درصد مولی x میتوان نوع عنصر را تغییر داد، AlxGa1-xAs به طوری که GaAsمستقیم و AlAsغیر مستقیم می باشد. (0<x<1)
تغییر در درصد مولی x برای AlxGa1-xAs
ایجاد نقص در شبکه :
به طور مثال نیتروزن و فسفر دارای ساختار هسته متقاوت هتند ولی الکترون والانس مشابهی دارند.(در یک گروه قرار دارند). با افزودن نیتروژن به GaP با توجه به جدول بالا عنصر نیتروژن بجای عنصر فسفر می نشیند. و ساختار پریودیک شبکه برهم میخورد. و باعث تغییرات در باند گپ میشود که و تولید (Trap) میکند. وبه علت کمتر بودن بند کپ نیتروژن ، الکترون در یک سطح درست در زیر نوار رسانش دام می افتد. و در داخل باند ممنوعه یک نوار جدید ایجاد میگردد.طول عمر نوری کاهش می یابد و باز ترکیب در زمان کمتری اتفاق می افتد.
در Gap یک نیمه هادی غیر مستقیم ،الکترونها در هر جایی ازشبکه میتوانند باشند .Δxà∞ در نتیجه با توجه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مقدار Δp آنها مشخص است. ولی بعد افزودن نیتروژن احتمال حظور الکترون در نواحی دارای نیتروژن بیشتر میگردد و به عبارتی الکترونها دارای مکان مشخص میگرند پس مقدار تکانه آنها میتواند هر مقداری باشد (از جمله صفر) و باعث ساتع شدن فوتون میگرد و میتوان با این کار یک نیمه هادی غیر مستقیم را به نیمه هادی مستقیم تبدیل کرد. تله های هم الکترون به علت اینکه باعث کاهش بند کپ میگردند میتوانند حفره ها را از باند ظرفیت شکار کرده و زوج الکترون حفره و درنتیجه تولید فوتون نمایند. و چون تله های هم الکترون شدیدا در فضا مستقر می باشند ، پایستگی اندازه حرکت نقض نمیگردد.
Zno
اما در مورد zno اتفاقات بالا به گونه ای دیگر روی میدهد . ساختار آن با GaP از نظر سلول واحد شباهت بسیاری دارد و میتواند وارد شبکه GaP شده و از طرفی خود zno از نوع نیمه هادی های مستقیم میباشد در نقش ایجاد تله با حالت مجزا از بند گپ ظاهر میگردد. و باعث ایجاد نوار رسانش مجزا میگردد و این مورد نیز موجب میگردد نیمه رسانا به وسیله isoelectronic trap center (مراکز تله های هم الکترون) باعث کاهش بند گپ و ایجاد تله های شدیدا مستقر شود و در نتیجه حالتی ایجاد نماید که دارای اندازه حرکت صفر نیز باشد که نتیجه آن ایجاد حالت k=0 و تولید فوتون خواهد شد.
امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت ادامه مطلب ،روشها و فرمولهای مربوطه و… به صورت کامل WORD + PDF به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید.
برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید .