1

AGH, Wydział Energetyki i Paliw, kierunek Energetyka
Inżynieria Materiałowa w Energetyce – ćwiczenia

Zajęcia 12

Właściwości elektryczne ciał stałych.
Model pasmowy ciała stałego. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane.

Rysunki wg: „Materials Science and Engineering, An Introduction” W.D. Callister, John Wiley & Sons
2007. Rozdz. 18. „Electrical properties”

Słowniczek:

Energy band – pasmo energetyczne
Energy band gap – przerwa energetyczna
Valence band – pasmo walencyjne
Conduction band – pasmo przewodnictwa
Free electron – (quasi)swobodny electron
Hole – dziura elektronowa
Acceptor state – stan akceptorowy
Donor state – stan donorowy

Model Pasmowy

(a), (b) – metal; (c) – izolator; (d) - półprzewodnik

2

Wzbudzenia elektronowe w metalach

Model wiązań chemicznych i struktura pasmowa półprzewodnika samoistnego

3

Model wiązań chemicznych i struktura pasmowa półprzewodnika typu n

4

Model wiązań chemicznych i struktura pasmowa półprzewodnika typu p

5

Zadanie domowe:

1. Na podstawie poniższego rysunku określ wartości koncentracji swobodnych elektronów na

atom dla niedomieszkowanego germanu i krzemu w temperaturze pokojowej. Gęstość Ge i Si
wynosi odpowiednio 5,32 i 2,33 g/cm

3

. Wyjaśnij co jest przyczyną różnic.

2. W temperaturze pokojowej przewodnictwo elektryczne PbS wynosi 25 S/m. Ruchliwość

elektronów i dziur wynosi odpowiednio 0,06 i 0,02 m

2

/Vs. Oblicz samoistną koncentrację

nośników ładunku w PbS w temperaturze pokojowej.

3. Do kryształu germanu wprowadzono 10

24

m

-3

atomów As. (a) Czy półprzewodnik jest typu n,

czy p? (b) Oblicz przewodnictwo elektryczne tego materiału zakładając ruchliwość
elektronów i dziur 0,1 i 0,05 m

2

/Vs.

4. Półprzewodnik typu n posiada koncentrację nośników wynoszącą 5·10

17

m

-3

. Jeżeli prędkość

unoszenia nośników wynosi 350 m/s w polu elektrycznym 1000 V/m, oblicz przewodnictwo
elektryczne tego materiału.

5. Przewodnictwo elektryczne próbki krzemu wynosi 500 S/m. Koncentracja dziur w tym

materiale wynosi 2·10

22

m

-3

. Wiedząc, że ruchliwość elektronów i dziur wynosi odpowiednio

0,14 i 0,05 m

2

/Vs oblicz koncentrację elektronów. Czy badana próbka krzemu wykazuje

właściwości półprzewodnika samoistnego, typu n, czy typu p?

6

Literatura:

1. Materials Science and Engineering. An Introduction. W.D. Callister, John Wiley & Sons 2007.

Rozdz. 18. Electrical properties

2. Wstęp do Fizyki Ciała Stałego, C. Kittel, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.

Rozdz. 6 Gaz Fermiego swobodnych elektronów, Rozdz. 7. Pasma energetyczne, Rozdz. 8. Kryształy
półprzewodnikowe

3. Fizyka zjawisk elektronowych w metalach i półprzewodnikach, F.J. Blatt, PWN 1973.

Rozdz. 3. Własności gazu elektronów swobodnych w stanie równowagi, Rozdz. 4. Elektrony w sieci
periodycznej

4. Chemia Ciała Stałego, J. Dereń, J. Haber, R Pampuch, PWN 1975. Rozdz. 3. Podstawowe pojęcia

elektronowej teorii ciała stałego