1 / 266

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

ELEMENTY ELEKTRONICZNE. Wykład (rok I, semestr II) Dr inż. Krzysztof Waczyński Zakład Mikroelektroniki i Biotechnologii Instytut Elektroniki Politechnika Śląska. ELEMENTY ELEKTRONICZNE.

jaimie
Télécharger la présentation

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Wykład (rok I, semestr II) Dr inż. Krzysztof Waczyński Zakład Mikroelektroniki i Biotechnologii Instytut Elektroniki Politechnika Śląska

  2. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Przedstawiona prezentacja jest wyłącznie pomocniczym elementem wykorzystywanym w trakcie wykładu i nie wyczerpuje całości materiału, który obowiązuje do egzaminu. Opanowanie i przyswojenie całości materiału obejmującego zagadnienia budowy i zasady działania elementów elektronicznych wymaga studiowania ogólnie dostępnych pozycji literaturowych z tej dziedziny, ze szczególnym uwzględnieniem tych, które zalecane są przez wykładowcę

  3. ELEMENTY ELEKTRONICZNE • LITERATURA: • Marciniak W.: „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” WNT, Warszawa 1979 • Marciniak W.: „Modele elementów półprzewodnikowych”, WNT, Warszawa, 1985 • Hennel J.: „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, WNT, Warszawa 1995 • Kleszczewski Z.: Podstawy fizyczne elektroniki ciała stałego” Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000 • Waczyński K.: „Przyrządy półprzewodnikowe – podstawy działania diod i tranzystorów”, Wydawnictwo politechniki Śląskiej, Gliwice, 1997 Skrypt nr 2022 • Waczyński K.: „Przyrządy półprzewodnikowe – podstawy działania diod i tranzystorów – zadania”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1998, Skrypt nr 2083 • Floyd T.L.: „Electronics Devices” Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1999

  4. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) • FIZYKA • FIZYKA CIAŁA STAŁEGO • FIZYKA PÓŁPRZEWODNIKÓW • FIZYCZNE PODSTAWY DZIAŁANIA PRZYRZĄDÓW P.P • BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODN. • ELEMENTY ELEKTRONICZNE

  5. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEMENTY ELEKTRONICZNE podstawowy element do budowy UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

  6. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Rezystor półprzewodnikowy

  7. KATODA ANODA ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Dioda półprzewodnikowa

  8. p-n-p n-p-n KOLEKTOR KOLEKTOR BAZA BAZA EMITER EMITER ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Tranzystor bipolarny

  9. BRAMKA ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Tranzystor polowy ze złączem p-n p-kanałowy n-kanałowy DREN DREN BRAMKA ŹRÓDŁO ŹRÓDŁO

  10. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Tranzystor polowy z izolowaną bramką z kanałem zubożanym D-MOSFET n-kanałowy p-kanałowy DREN DREN BRAMKA BRAMKA ŹRÓDŁO ŹRÓDŁO

  11. Tranzystor polowy z izolowaną bramką z kanałem wzbogacanym E-MOSFET n-kanałowy p-kanałowy DREN DREN BRAMKA BRAMKA ŹRÓDŁO ŹRÓDŁO ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

  12. Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEMENTY ELEKTRONICZNE MATERIAŁY PÓŁPRZEWODNIKOWE

  13. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Materiały półprzewodnikowe GERMAN Ge KRZEM Si ARSENEK GALU GaAs FOSFOREK INDU InP KRZEMOGERMAN SiGe AZOTEK GALU GaN

  14. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) PODSTAWOWY MATERIAŁ DO BUDOWY PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I UKŁADÓW SCALONYCH KRZEM Si

  15. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) obecnie ponad: 90% Struktur półprzewodnikowych i układów scalonych realizowanych jest w krzemie

  16. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) skład skorupy ziemskiej (składniki główne)

  17. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) skład skorupy ziemskiej (składniki główne)

  18. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Postać ciała stałego polikrystaliczne multikrystaliczne amorficzne monokrystaliczne amorficzne Struktury półprzewodnikowe realizowane są przy wykorzystaniu materiałów: amorficznych, poli(multi)krystalicznych, a przede wszystkim monokrystalicznych

  19. ELEMENTY ELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) BUDOWA ATOMU ATOM JEST ZBUDOWANY Z DODATNIO NAŁADOWANEGO JĄDRA ATOMOWEGO I OTACZAJĄCEJ GO CHMURY ELEKTRONÓW

  20. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) PRZEMIANY, JAKIM PODLEGAJA STANY ENERGETYCZNE ELEKTRONU W ATOMIE WYGODNIE JEST OPISYWAĆ POSŁUGUJĄC SIĘ LICZBAMI KWANTOWYMI, CHARAKTERYZUJĄCYMI TE STANY DO OPISU PODSTAWOWEGO WYSTARCZĄ 4 LICZBY KWANTOWE

  21. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ZASADA PAULIEGO W ATOMIE NIE MOŻE BYĆ DWÓCH ELEKTRONÓW O JEDNAKOWYCH CZTERECH LICZBACH KWANTOWYCH

  22. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) GŁÓWNA LICZBA KWANTOWA „n” Przyjmuje wartości dodatnich liczb całkowitych, oznaczających kolejne główne poziomy energetyczne elektronów w atomach (poziomy – powłoki elektronowe)

  23. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) GŁÓWNA LICZBA KWANTOWA • Elektrony o jednakowej głównej liczbie kwantowej należą do tej samej powłoki elektronowej • Wzrastającej głównej liczbie kwantowej odpowiada wzrost energii potencjalnej elektronu względem jądra

  24. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) GŁÓWNA LICZBA KWANTOWA Oznaczenie – symbol cyfrowy, literowy

  25. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ORBITALNA (POBOCZNA) LICZBA KWANTOWA „l” Rozróżnia stany energetyczne elektronów na tej samej powłoce (o tej samej głównej liczbie kwantowej)

  26. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ORBITALNA (POBOCZNA) LICZBA KWANTOWA Przyjmuje wartości od 0 do n-1 n – wartość głównej liczby kwantowej np: dla n=5 l= 0, 1, 2, 3, 4

  27. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ORBITALNA (POBOCZNA) LICZBA KWANTOWA Oznaczenie – symbol cyfrowy, literowy

  28. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ORBITALNA (POBOCZNA) LICZBA KWANTOWA Elektrony, charakteryzujące się tą samą główną i orbitalną liczbą kwantową należą do tej samej podpowłoki czyli do „orbitalu” tego samego typu: Orbital typu: s, p, d, f

  29. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA „m” Magnetyczna liczba kwantowa charakteryzuje niewielkie różnice energetyczne między elektronami jednej podpowłoki Różnice te ujawniają się w widmie emisyjnym atomu umieszczonego w zewnętrznym polu elektrycznym lub magnetycznym

  30. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA Dla danej wartości „l” (oznaczającej wartość orbitalnej, pobocznej liczby kwantowej) wartość „m” może przyjmować wartości: -l, 0, +l

  31. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA W sumie 2l+1

  32. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA Elektrony nie różniące się między sobą żadną z wymienionych liczb kwantowych (główną, poboczną i magnetyczną) należą do : jednego orbitalu

  33. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) SPINOWA MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA „ms” Umożliwia rozróżnienie elektronów należących do jednego orbitalu (to znaczy mających tą samą: główną, poboczną i magnetyczną liczbę kwantową)

  34. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) SPINOWA MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA W dużym uproszczeniu, można powiedzieć, że: nieznaczne różnice stanu elektronów o tych samych liczbach n, l, m wynikają z ruchu obrotowego elektronu wokół osi

  35. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) SPINOWA MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA Oznaczenie dwóch kierunków obrotu elektronów wokół osi: +1/2 i –1/2

  36. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) SPINOWA MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA elektron opisany liczbami kwantowymi n, l, m +1/2 -1/2

  37. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Liczby kwantowe i rozkład elektronów w atomie

  38. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) Każdej głównej liczbie kwantowej odpowiada maksymalnie: różnych kombinacji liczb kwantowych Jest to maksymalna liczba elektronów na powłoce 2n 2

  39. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Wszystkie elektrony w niewzbudzonym atomie lokalizują się na możliwie najniższych poziomach energetycznych (na poziomach o możliwie najniższej energii)

  40. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU REGUŁA HUNDA (MAKSYMALNEJ RÓŻNORODNOŚCI) W ramach każdej podpowłoki kolejne elektrony obsadzają pojedynczo poszczególne orbitale, a dopiero później na orbitalach tych umieszczane są drugie elektrony o przeciwnych liczbach spinowych

  41. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Kolejność zapełniania podpowłok elektronowych w atomach pierwiastków układu okresowego 1s 2p 2s 3d 3s 3p

  42. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Kolejność zapełniania podpowłok elektronowych w atomach pierwiastków układu okresowego n l 0 1 2 3 4 1 1s 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s... 2 2s 2p 3 3s 3p 3d 4 4s 4p 4d 4f Orbitale niezapeł-nione w znanych pierwiast-kach 5 5s 5p 5d 5f 5g 6 6s 6p 6d 6f 6g 7 7s 7p 7d 7f 8 8s 8p 8d

  43. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Kolejność zapełniania podpowłok elektronowych w atomach pierwiastków układu okresowego 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s ... 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 2 6 14 10 6 2

  44. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Węgiel C (6) 1s 2s 2p 1s 2s 2p 2 2 2 Cztery elektrony na ostatniej orbicie

  45. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Krzem Si (14) 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 2 1s 2s 2p 3s 3p Cztery elektrony na ostatniej orbicie

  46. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Bor (5) 1s 2s 2p 1s 2s 2p 2 2 1 Trzy elektrony na ostatniej orbicie

  47. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Fosfor P (15) 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 3 1s 2s 2p 3s 3p Pięć elektronów na ostatniej orbicie

  48. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU Zewnętrzna obsadzona przez elektrony orbita Wewnętrzne orbity atomu wraz z jądrem atomowym

  49. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU cztery elektrony na ostatniej orbicie WĘGIEL KRZEM

  50. Elementy Elektroniczne Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl) ELEKTRONOWA STRUKTURA ATOMU trzy elektrony na ostatniej orbicie pięć elektronów na ostatniej orbicie BOR FOSFOR

More Related