Heterojunction المفرق الهجين
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Heterojunction المفرق الهجين

on

  • 1,067 views

 

Statistics

Views

Total Views
1,067
Views on SlideShare
1,067
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
10
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Heterojunction المفرق الهجين Heterojunction المفرق الهجين Presentation Transcript

  • ‫أه ل ً و‬‫سه ل ً‬
  • ‫المفارق الهجينة‬ ‫المفارق الهجينة‬ ‫اعداد سرمد صبيح‬ ‫اعداد :: سرمد صبيح‬‫الجامعة المستنصرية/‬‫الجامعة المستنصرية/‬ ‫كلية التربية /‬ ‫كلية التربية /‬ ‫قسم الفيزياء‬ ‫قسم الفيزياء‬
  • ‫المفرق الهجيصن يعرف علصى انهص اتصصال حميمي‬ ‫ ُ‬ ‫)‪ (Intimate contact‬بيصصصن مادتيصصصن شبه‬‫موصصلتين أصو بتعصبير آخصر )ثنائصي وصصلة ناتصج عن‬‫تماس حميمصي( مختلفتيصن فصي فجوة الطاقة ‪،Eg‬‬ ‫ثابصصت العزل الكهربائي‪ ، ε‬اللفة اللكترونية‪χ‬‬‫ودالصة الشغصل ‪ .ϕ‬ويعصد )‪ (Anderson‬اول من‬ ‫وضع مفهوم المفرق الهجين وذلك عام 0691‬
  • ‫الشكل يبين مخطط الطاقة لمادتين شبه موصلتين معزولتين احداهما من النوع القابل‬‫)‪ (p-type‬يشار له ب )1 ‪ (Semiconductor‬يتميز بزيادة في عدد الفجوات ويقع‬ ‫مستوي فيرمي1‪ EF‬بالقرب من حزمة التكافؤ1‪ EV‬والخرى من النوع المانح )-‪n‬‬ ‫‪ (type‬يشار له ب )2 ‪ (Semiconductor‬يتميز بزيادة في عدد اللكترونات ويقع‬‫مستوي فيرمي 2‪ EF‬بالقرب من حزمة التوصيل2‪ .EC‬طاقة مستوي فيرمي ‪)EF‬هو ذلك‬ ‫المستوى الذي تكون احتمالية انشغاله من قبل اللكترون نصف )5.0((.ونلحظ ايضا‬‫ان موقع مستوي فيرمي للمادة الثانية 2‪ EF‬هو اعلى من مستوي فيومي للمادة الولى‬ ‫1‪EF‬‬ ‫2 ‪Semiconductor‬‬
  • ‫مخطط الطاقة للمفرق الهجين‬‫ان دراسصة تركيصب حزم الطاقصة للمفرق الهجيصن يعصد عامل مهمصا في‬‫تحديصد خواصصه المتمثلصة بخواص )تيار – جهد( والخواص الفولتائية.‬‫في حالة حصول اتصال حميمي ما بين المادتين شبه الموصلتين يودي‬‫الصى الوصصول إلصى حالصة التوازن. ل يمكصن اسصتمرار هذا الفرق في‬‫مسصتوي فيرمصي لكل المادتيصن إصذ يحدث انتقال لللكترونات مصن شبه‬‫الموصصل )2( إلصى شبصه الموصصل )1( ممصا يؤدي إلصى هبوط مستويات‬‫الطاقة إلى السفل، ولكن عند انتقال الشحنات من شبه الموصل )1(‬‫إلصى شبصه الموصصل )2( يحدث ارتفاع لمسصتويات الطاقصة نحصو العلى‬ ‫وكما مبين في الشكل التالي‬
  • ‫مخطط الطاقة للمفرق الهجين‬
  • ‫ان مقدار الزاحصة فصي مسصتوي فيرمصي )1‪ (EF2-EF‬يمكصن اعطاؤهصا بالمعادلة‬ ‫التية‬ ‫2 ‪EF 2 − EF1 = ( χ 2 + Eg2 − δ e 2 ) − ( χ 1 − δ h1 ) = VD1 + VD‬‬ ‫حيث 1‪ δh‬و 2‪ δe‬تمثل ن المسافة الفاصلة بين مستوي فيرمي وحافة حزم التكافؤ للمادة ‪p-type‬‬‫وحافة حزمة التوصيل للمادة ‪ n-type‬على الترتيب. 1‪VD‬و 2‪ VD‬تمثل ن جهد البناء الداخلي على‬ ‫كل جانب من جانبي المفرق الهجين ومجموعهما يساوي جهد البناء الداخلي الكلي ‪VD‬‬ ‫.‬ ‫ان جهد البناء الداخلي الكلي يحدد بسبب الختلف في دالة الشغل بين المادتين‬ ‫والذي يعطى بالعلقة التية‬ ‫2 ‪qVD = φ1 − φ‬‬ ‫‪ q‬شحنة اللكترو ن‬ ‫ان عدم الستمرارية في حواف حزمة التوصيل ‪ ΔEc‬تعطى بدللة الفرق بين‬ ‫اللفة اللكترونية 1‪ χ‬و 2‪ χ‬للمادتين شبه الموصلة الولى والثانية‬ ‫2 ‪∆ Ec = χ 1 − χ‬‬
  • ‫ان عدم السصتمرارية في حزمصة التكافؤ ‪ ΔEV‬يعتمصد علصى الختلف في الفجوة‬ ‫المحظورة وتعطى بالعلقة‬ ‫‪∆ EV = ( χ 2 + E g 2 ) − ( χ 1 + E g1 ) = ∆ E g − ∆ χ‬‬ ‫ويمكن استنتاج المعادلة التالية من المعادلتين السابقتين‬ ‫‪∆Ec + ∆EV = ∆E g‬‬
  • ‫: انواع المفارق الهجينة‬ ‫المفرق الهجين الحاد )‪ (abrupt‬والمتدرج )‪(graded‬‬ ‫1‬‫استنادا إلى المسافات إثناء النتقال من المادة شبه الموصلة‬ ‫ ً‬ ‫الولى إلى الخرى‬ ‫المتدرج‬ ‫الحاد‬
  • ‫المفرق الهجين المتماثل )‪Isotype‬‬ ‫2‬‫‪ (Heterojunction‬مثل ‪ n-n‬و ‪ p-p‬و المفرق الهجين‬ ‫غير متماثل )‪ (Anisotype Heterojunction‬مثل‬‫‪ p-n‬و ‪. n-p‬استنادا الى نوع التوصيلية الكهربائية على كل‬ ‫جانب من جانبيه‬ ‫3‬ ‫مفارق ذات التطابق الشبيكي )‪(lattice matched‬‬ ‫ومفارق ذات عدم التطابق الشبيكي )‪lattice‬‬ ‫‪. (mismatch‬استنادا الى ثابت الشبيكة )‪.(a‬‬
  • ‫4‬‫المفارق الهجينة المتلبسة )‪ (straddling‬وهوا لشائع في‬ ‫أغلب المفارق الهجينة.والمفارق الهجينة المائلة بشدة‬‫)‪ .(stagger‬والمفارق الهجينة المكسورة الفجوة )‪broken‬‬ ‫‪ .(gap‬استنادا الى اصطفاف الحزمة.‬
  • ‫العوامل النظرية المؤثرة على خصائص المفرق الهجين‬ ‫1- عدم التطابق الشبيكي )‪(Lattice Mismatch‬‬ ‫•‬ ‫ان احد اهم الشروط في عملية انماء المفرق الهجين هو ان تمتلك كل المادتين‬ ‫•‬ ‫ثابت الشبيكة نفسه اذ أن أي اختل ف فيه يقود الى مفهوم عدم التطابق‬ ‫الشبيكي. وتعطى قيمته ولمادتين شبه موصلتين لهما ثابتي شبيكة 1‪ a‬و2‪a‬‬ ‫بالعلقة التية:‬‫= ‪• Lattice Mismatches‬‬ ‫2- عدم التطابق الحراري )‪(Thermal Mismatch‬‬ ‫•‬ ‫ينشأ هذا العامل عندما تمتلك مادتا المفرق الهجين معاملي تمدد حراري‬ ‫•‬ ‫مختلفين.‬ ‫3- النتشار الداخلي )‪(Intediffusion‬‬ ‫•‬‫ان المفارق الهجينة المصنعة بدرجات حرارة عالية يظهر فيها النتشار الداخلي‬ ‫•‬
  • ‫الخصائص الكهربائية للمفرق الهجين‬‫لجصل معرفصة الداء الجيصد للمفرق الهجيصن فل بصد مصن دراسصة خصائصه‬‫الكهربائيصة والمتمثلصة بخصصائص تيار – جهصد وخصصائص سصعة – جهد وهذه‬ ‫الخصائص هي التي تميز المفرق الهجين.‬ ‫ ُ‬ ‫1 خصائص تيار-جهد )‪Current –Voltage‬‬ ‫‪(Characteristics‬‬ ‫الخصائص هذه تمكننا من ايضاح آلية التوصيل الكهربائي، ويمكن تصنيف‬ ‫هذه الخصائص بالعتماد على قطبية الفولتية المسلطة إلى نوعين: انحياز‬ ‫امامي )‪ (Forward bias‬وانحياز عكسي .)‪ (Reverse bias‬فاذا كانت‬ ‫قطبية الفولتية المسلطة مماثلة إلى قطبية شبهي الموصل المكونان للمفرق‬‫عندئذ يعمل المفرق بالنحياز المامي وهذا بدوره يؤدي إلى تقليل جهد البناء‬ ‫الداخلي )‪ (Built-in potential‬للمفرق والعكس صحيح بالنسبة للنحياز‬ ‫العكسي .‬
  • ‫خصائص سعة-جهد)‪(Capacitance-Voltage characteristics‬‬ ‫2‬ ‫من خلل خصائص سعة-جهد يمكن ايجاد تركيز الشوائب وجهد البناء‬‫الداخلي وعرض منطقة النضوب)الستنزاف( وإعطاء صورة واضحة لتوزيع‬ ‫الشحنة في المفرق. وفي حالة المفرق الهجين وعند انتقال حاملت الشحنة‬ ‫من المادة شبه الموصلة الولى إلى الثانية او بالعكس تتكون منطقة ذات‬ ‫مقاومة كهربائية عالية وهذه المنطقة تسمى بمنطقة النضوب وعندها يمكن‬ ‫اعتبار المفرق متسعة إذ تتجمع الذرات المتأينة على طرفيها ولحساب سعة‬‫الوصلة)المتسعة( لوحدة المساحة المتكونة في حالة النحياز العكسي نستخدم‬ ‫المعادلة التية‬ ‫‪εs‬‬ ‫= ‪C‬‬ ‫حيث ‪ :εs‬سماحية شبه الموصل‬ ‫‪W‬‬ ‫عرض منطقة النضوب :‬ ‫‪W‬‬
  • ‫الخصائص الكهروبصرية للمفرق الهجين‬‫عند سقوط الضوء )الشعاع الكهرومغناطيسي( على مادة شبه موصلة سوف‬‫يتجزأ الضوء إلى ثلثة اجزاء: جزء ينعكس من سطح المادة، وجزء ينفذ من‬ ‫خلل المادة والجزء الثالث من الضوء هو الجزء الممتص داخل المادة وهو‬‫الجزء الساس لفهم هذه الخصائص. يعتمد امتصاص الفوتونات خلل المادة‬ ‫شبه الموصلة على الطول الموجي لتلك الفوتونات‬‫ان الخصائص الكهروبصرية للمفارق الهجينة يمكن تصنيفها إلى مجموعتين‬‫1. المجموعة الولى: تهتم بتوليد تيارات ضوئية جراء امتصاص الفوتونات.‬ ‫2. المجموعة الثانية: تهتم بانبعاث فوتوني كنتيجة للتهيج اللكتروني.‬
  • ‫والشكل يوضح علقة تيار- جهد قبل وبعد الضاءة‬ ‫ل لمفرق ال هجين‬
  • ‫الكواشف )‪(Detectors‬‬‫الكواشف هي أجهزة أو نبائط يتم تصنيعها من أشباه الموصلت مثل السيلكون ،‬ ‫تعمل على تحويل الطاقة الضوئية الممتصة إلى اشارة كهربائية يمكن قياسها.‬ ‫يمكن تقسيم الكواشف بالعتماد على آلية تحول طاقة الشعة الساقطة الى‬ ‫لّ‬ ‫كواشف حرارية‬ ‫1‬ ‫وكواشف فوتونية‬ ‫2‬
  • ‫الخلية الشمسية )‪(Cell Solar‬‬ ‫هي نبائط تقوم بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية مستفيدة‬ ‫من الخصائص اللكترونية لنوع معين من المواد تعرف بأشباه الموصلت‬‫)‪.(semiconductors‬والشكل يوضح الخلية الشمسية مع طرائق ترتيبه.‬
  • ‫ليزرات أشباه الموصلت )‪(Semiconductor Lasers‬‬ ‫تستخدم المفارق الهجينة في أجهزة الليزرات وتحديدا ليزر أشباه‬ ‫الموصلت الدايود ) .)‪ diode‬وله تطبيقات جدا واسعة من هذه‬ ‫التطبيقات هي مشغلت السي دي )‪(CD‬و الدي في دي )‪(DVD‬‬‫ويستخدم ايضا في ضخ ليزرات اخرى مثل ليزرات الحالة الصلبة.والشكل‬ ‫يوضح ثنائي ليزر مثالي‬
  • ‫شكرا لصغائكم‬