fizIIw10

W10. Zjawiska na łączach cd.

Dioda półprzewodnikowa

Po przyłożeniu do złącza p-n różnicy potencjałów:

a) kierunek przewodzenia

- połączenie części p z biegunem dodatnim, a części n diody z biegunem ujemnym spowoduje obniżenie bariery potencjału w porównaniu ze stanem równowagi złącza i zwiększenie prądu dyfuzji

b) kierunek zaporowy

Dopłolion region

.fizyka 2 - Mechatronika* B. Mielewska (W10.6)

- połączenie odwrotne spowoduje zwiększenie bariery potencjału w porównaniu ze stanem równowagi złącza i zmniejszenie prądu dyfuzji +    ¹    'M| N

.r;.. rr. . rr.;

W10. Charakterystyka pradowo-napieciowa

prąd przy polaryzacji przewodzenia pojawia się przy wartości 0.1-0.5 Vi gwałtownie rośnie ze wzrostem napięcia

prąd przy zaporowej polaryzacji złącza jest mały (10*A) i w niewielkim stopniu zależny od napięcia

złącze prostujące

-2    -1    O    +1

napięcie [V)

polaryzacja

zaporowa

polaryzacja

przewodzenia

c)

Fizyka 2- Mechatronika* B. Mielewska (W10.7)

W10, Dioda świecąca (LED)

światło

■ na złączu p-n elektron z pasma przewodnictwa rekombinuje z dziurą z pasma walencyjnego; uwalnia się przy tym energia równa wielkości przerwy energetycznej E_g

energia ta może rozchodzić się w postaci drgań sieci (w kryształach Si i Ge) lub wyemitowanego kwantu promieniowania (w kryształach GaAs, GaP)

X = hc/E_n

fizyka 2- Mechatronika* B. Mielewska (W10.8)

gdzie:    a -długośćfali,

h - stała Plancka, c - prędkość światła w próżni

- aby proces elektroluminescencji był wydajny złącze jest silnie polaryzowane w kierunku przewodzenia

Rozkład promieniowania

- większość energii emitowana jest w obszar o kącie rozwarcia ±20°. Dodatkowo stosuje się też soczewki kolimujące.

Charakterystyka prądowo-- energetyczna

20    40    60    80 - If(mA)

W1Q. Laser półprzewodnikowy

100% odbicia	częściowe
	odbicie
obszar złącza

-    w obszarze złącza p-n na wyższych poziomach energetycznych (pasmo przewodnictwa) znajduje się więcej elektronów niż na niższych (pasmo walencyjne) - powstaje INWERSJA OBSADZEŃ

-    elektron przechodząc ze stanu wyższego do niższego emituje foton, co może spowodować lawinowe procesy emisji wymuszonej

-    aby wzmocnić generację światła wewnątrz kryształu, obszar ten zamknięty jest płasko-równoległymi powierzchniami odbiciowymi (rezonator)

W1Q. Laser półprzewodnikowy

■)

ze złącza p-n na wyższych poziomach energetycznych zewodnictwa) znajduje się więcej elektronów niż na asmo walencyjne) - powstaje INWERSJA OBSADZEŃ

przechodząc ze stanu wyższego do niższego emituje oże spowodować lawinowe procesy emisji wymuszonej

generację światła wewnątrz kryształu, obszar ten jest płasko-równoległymi powierzchniami odbiciowymi

Ogniwo fotowoltaiczne

- złącze typu p-n umieszczone jest    - promienie słoneczne powodują wybijanie elektronów,

między dwoma przewodzącymi    które przemieszczają się pod wpływem potencjału złącza i

zaciskami    generują przepływ prądu

typup

.Fizyka 2 - Mechatronika* B. Mielewska (W10.9)

W1Q. Nadprzewodnictwo

- Spadek oporu elektrycznego materiałów w bardzo niskich temperaturach (Heike Kamerlingh-Onnes (1911r.) - badania przewodnictwa rtęci w niskich temperaturach - nagroda Nobla 1913r.)

większość pierwiastków metalicznych wykazuje nadprzewodnictwo (nadprzewodniki I rodzaju). Paradoksalnie nadprzewodnikami nie są np. Au, Ag, Cu, metale alkaliczne

Temperatury krytyczne wybranych pierwiastków nadprzewodzących

Ga	1.1 K	Al	1.2 K
In	3.4 K	Sn	3.7 K
Hg	4.2 K	Pb	7.2 K

- także stopy metali i związki organiczne w temperaturach < 23K (nadprzewodniki II rodzaju np. NbSeJ.

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe

materiały ceramiczne o strukturze warstwowej, zawierające warstwy tlenku miedzi oddzielone warstwą innych atomów (Ba, La, Y, Bi, Tl)

.Fizyka 2 - Mechatronika* B. Mielewska (W10.9)

Temperatury krytyczne nadprzewodników wysokotemperaturowych LaBaCuO    35 K

YBa₂Cu₃0₇ (YBCO)    92 K

TI₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀    125 K

W1Q. Własności nadprzewodników

-    bliski zeru opór elektryczny - prąd wzbudzony w pierścieniu nadprzewodzącym płynie w nim przez bardzo długi czas - oznacza to, że opór właściwy nadprzewodnika jest < lO^ftm (dla porównania miedź ~ 10-⁸Qm)

-    efekt Meissnera-Ochsenfelda (1933r.) - idealny diamagnetyzm

-    strumień magnetyczny jest całkowicie (nadprzew. I rodzaju) lub częściowo (nadprzew. II rodź.) wypychany z wnętrza próbki poniżej temperatury krytycznej w obecności pola magnetycznego

T>T_r

T<T_r

Zastosowanie nadprzewodników

Przewody nadprzewodzące

układ kilku tysięcy mikrodrucików (średnica 20*10⁶m) w matrycy miedzianej, chłodzone ciekłym helem

.Fizyka 2 - Mechatronika* B. Mielewska (W10.10)

Magnesy nadprzewodzące

-    duże pola magnetyczne, duża stabilność czasowa

-    stosowane w aparaturze magnetycznego rezonansu jądrowego

Magnetometry dużej czułości (SQUID)

-    pomiary pól magnetycznych rzędu 10¹⁵ T

-    badania bioaktywności mózgu

Nowe środki transportu - Magley

1*