61.Pojęcia teorii pasmowej ciała stałego. Przykład zastosowania.

Teoria pasmowa dotyczy zasadniczo 2 poziomów energetycznych atomów w ciele stałym: najbardziej zewnętrznego poziomu obsadzonego elektronem i najbliższego mu poziomu wzbudzonego. Poziomy te w ciele stałym, pod wpływem oddziaływania pól elektrycznych pozostałych atomów, ulegają rozszczepieniu na ogromną liczbę bardzo bliskich poziomów tworzących

Pasma energe-tyczne: walencyjny i przewodnictwa (∆E ~ 1eV). Elektrony mają swobodę w ramach pasma dzięki bardzo małym różnicom pomiędzy tworzącymi je poziomami (n.p. 10^-24 eV). Każdy poziom tworzący pasmo – 2 elektrony.

Własności kryształów zależą od struktury pasm i rozkładu elektronów w paśmie: przewodniki- nałożone pasma walencyjne i przewodnictwa- elektrony walencyjne mogą poruszać się w całym krysztale.

Układ poziomów w pobliżu granicy metal- otoczenie

Pasma rozdzielone- izolatory i półprzewodniki

Dla Eg> 2eV izolatory

Półprzewodniki- przerwa energetyczna może być pokonana pod wpływem pewnych czynników n.p. temperatury, światła

Powstaje niewielka liczba elektronów w paśmie przewodnictwa silna zależność oporu elektrycznego od temperatury

62. Półprzewodniki i podstawowe przyrządy półprzewodnikowe.

Opór elektryczny półprzewodników zależy silnie od domieszek innych pierwiastków n.p. dodanie As do Si powoduje uwolnienie jednego elektronu – donoru- z każdego atomu As; tworzą się dodatkowe poziomy donorowe; powstaje przewodnik typy n

Inna domieszka: Ga w Si powoduje niedobór elektronów; powstałe luki nazwano dziurami lub akceptorami; wpadają w nie elektrony z sąsiednich atomów – pozorny ruch dziur jest to półprzewodnik typu p z poziomami akceptorowymi

Przyrządy półprzewodnikowe

Połączenia półprzewodników typu p i n: dyfuzja, rekombinacja, bariera potencjału – złącze n-p

Prąd może przepływać w jedną stronę – dioda półprzewodnikowa

Potrójne złącze n-p-n lub p-n-p tworzy tranzystor

Złącze kolektor- baza spolaryzowane zaporowo, elektrony przechodzą od emitera do bazy – Ib, większość z nich nie rekombinuje w bazie lecz przechodzi do kolektora – Ic; małe zmiany prądu bazy powodują duże zmiany potencjału bazy i prądu

63. Wymuszona i spontaniczna emisja światła. Laser – budowa

Zjawisko emisji wymuszonej przedstawił Einstein w 1917: atom wzbudzony pod wpływem padającego fotonu o energii dokładnie odpowiadającej różnicy poziomów w atomie wywołuje emisję takiego samego fotonu i od wzbudzenie atomu, oba fotony są w takiej samej fazie , spójne i lecą dalej w tym samym kierunku, w układzie dwupoziomowym trudno uzyskać dużą liczbę wymuszeń najwyżej 50%

Lepsze możliwości daje układ trójpoziomowy ze stanem metastabilnym (o dłuższym czasie życia)

W substancjach fluoryzujących n.p. rubin (Al2O3 + Cr^3+) 3ms

Poziomy: 1-podstawowy, 2- wzbudzony, 3- metastabilny

Procesy: 12-wzbudzanie , 21- emisja spontaniczna, 23- przejście bezpromieniste , 31-emisja wymuszona .

„gromadzenie” atomów w stanie 3 –pompowanie optyczne, a przeniesienie większości atomów do tego stanu – odwrócenie obsadzeń

Budowa lasera rubinowego

Rubin Φ1x10 cm

Wyładowanie w lampach z kondensatorów 1000mF, 1000V- błysk światła pompujący rubin, na którego końcach są lusterka, jedno częściowo przepuszcza(5%); długość walca- nλ/2- rezonator, powstaje fala stojąca, utrzymuje się spójność i równoległość wiązki laserowej

Zastosowanie: 1) obróbka termiczna materiałów: spawanie, zgrzewanie, wiercenie, cięcie- bardzo gładkie powierzchnie i krawędzie. 2) pomiary odległości: interferometria (małe odległości) i pomiar czasu (duże odległości). 3)wytyczanie kierunków. 4) medyczne: cięcie i sklejanie (koagulacja) tkanek. 5) telekomunikacja – wzmacnianie sygnałów światłowodowych. 6) informatyka: czytniki, drukarki. 7) holografia i wiele innych