Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Technická Univerzita Košice / Fakulta Elektrotechniky a Informatiky / Základy Inžinierstva Materiálov

Prednaska zo ZIM 11.11.2008 Paralelka D (prednaska_zo_zim_11.11.2008_paralelka_d.doc)

Kvapalne kryštály

Kvapalne kryštály sú latky s kvapalnou kryštalickou fázou medzi pevným a kvapalným stavom. Ich molekuly sú obvykle dlhé.

kvapalná kryštalická fáza je tekutá, ale ma optické a elektromagnetické vlastnosti ako pevná latka.

Sú to teda kvapaliny s čiastočným usporiadaním – mezomorfnou fázou a v dôsledku toho aj anizotropiou v určitom intervale teplôt.

Na rozhraní kvapalnej a tuhej fázy si mezomorfná štruktúra snaží udržať si pravidelne usporiadanie kryštálovej štruktúry

Rozlišujeme 2 základne typy mezomorfnej štruktúry

Nematická – s molekulami zoradenými podľa rovnobežných osi. Ma má elektrooptické vlastnosti, tj pôsobením elektrického pola dochádza k dynamickému rozptylu – mliečnemu zakaleniu

Našla široké využitie v plošných zobrazovačoch a pre elektrické zariadenie odrazu svetla.

Osobitným druhom je Cholesterická štruktúra citlivá na zmenu teploty, čo sa prejavuje zmenou rozptýleného svetla, a tak určitému teplotnému spektru odpovedá farebne spektrum.

Smektická – s molekulami zoradenými podľa rovnobežných osi v rovinách rovnako vzdialených. Štruktúra sa najviac približuje ku kryštálovej fáze, zatiaľ však nenašla použitie.

V elektrickom poli dochádza k zmene polarizácie prechádzajúceho svetla v závislosti na polohe molekúl materiálu.

Molekuly sú neutrálne, ale veľkosť elektrického náboja v jednotlivých časticiach molekuly je obvykle veľmi odlišná. Takáto polárna molekula ma v elektrickom poli snahu natočiť sa do jeho smeru.

Obidve javy sú používané v elektronike pri výrobe plošných zobrazovacích jednotiek.

Smektická štruktúra                                 Nematická štruktúra                               Chlesterická štruktúra

Polovodičové materiály

Elementárne a viaczložkové vlastne a nevlastne

Merná vodivosť polovodičov je 105 – 10-11 S/m

Usporiadanie ich atómov môže byt polykryštalické, nanokryštalické alebo amorfne

Podľa chemického zlozenia môžu byt

1. Čisté ( Si,Ge,C,P,As,Se,B,In )
2. Zlúčeniny ( najmä typu A3B5,A2B6 )

Väčšina polovodičov sú tuhe amorfne latky

Polovodiče s nulovou šírkou zakázaného pásma =) vysoká vlastná vodivosť =) použitie u snímacích prvkov

Vyššia pohyblivosť nosičov náboja polovodičov typu A3B5 =) použitie pre vysokofrekvenčné prvky

Elementárne polovodiče

Kremík a Germánium patria do IV skupiny prvkov, tvoria diamantovú kryštalickú štruktúru s kovalentnými väzbami

Kremík je najpoužívanejší základný materiál pre signálové, riadiace, výkonové i vysokonapäťové prvky

Germánium ma vyššiu pohyblivosť nosičov náboja, využíva sa vo vysokofrekvenčnej technike

Selen a Telur patria do VI skupiny prvkov a používajú sa v zlúčeninách využívajúcich fotoelektrických a termoelektrických vlastnosti.

Viaczložkové polovodiče

Binarne ( najmä typu A2B5 ) ternárne i viaczložkové

Arzenid gália je najpoužívanejší

ΔWz až 1,43 eV umožňuje jeho použitie až do 400 ˚C

Vysoko frekvenčné obvody, fotočlánky, rôzne optoprvky

Fosfid gália ( GaP ) a India ( InP )sa používa pre výrobu diód pre vyššie teploty, laserov a elektroluminiscenčných panelov

Arzenid India ( InAs ) sa používajú pre výrobu polovodičových laserov, hallových sond , infradetektorov a fotoelektrických článkov

Antimonid India ( In Sb ) ma najvyššiu pohyblivosť elektrónov medzi známymi polovodičmi                    ( 7,8 m2/Vs )                                                                                                     Veľmi mala ΔWz =) vysoká n a δ                                                                        Hallové a magnetorezistenčné sondy, IR detektory

Generácia a rekombinácia

Generácia voľných nosičov náboja je tepelný proces absorpcie kvanta energie kv > ΔWz

Nosič náboja sa udrží ako voľný počas doby života

Rekombinácia je zánik voľných nosičov náboja sprevádzaná vyžiarením kvanta energie

Podľa mechanizmu môžu byt:

Medzipásmová pri prechode elektrónu z vodivostného do valenčného pásma

Cez záchytné centra predstavujúce poruchy kryštalickej mriežky

Povrchová na poruchách na povrchu polovodiča

Efektívna hmotnosť nosičov náboja

Elektrón sa chova v periodickom poli mriežky akoby mal efektívnu hmotnosť

Môže byt závislá na kryštalografických smeroch, teplote, tlaku a koncentrácii prímesi.

V rôznych polovodičových kryštáloch sa môže i stonásobne líšiť od hmotnosti voľných elektrónov

Vlastne polovodiče

Bez mriežkových porúch

Pri nulovej absolútnej teplote sa dokonalými izolantmi

Pri vyšších teplotách sa valenčné elektróny stávajú vodivostnými, absorbovaná energia je minimálne ΔWz = Wc – Wv

Voľne miesto môže obsadiť elektrón susednej kovalentnej väzby

Pohyb mnohých elektrónov =) pohyb kladne nabitej diery