Bant Teorisi

1
Metallik Katılar
Bant Teorisi
2
3
İletkenlik Bantı
Boş
Li atomlarının s ve p
orbitalleri arasında
etkileşim mevcut
Dolu
Fermi Seviyesi
Fermi Seviyesi: T = 0 daki HOMO düzeyi
Değerlik Bantı
T > 0 da, Fermi düzeyindeki e lar uyarılarak iletkenlik bantına geçer.
Bu e lar elektrik alanında hareket eder.
Silisyum
Have 1000 Si atoms
2000 MOs
4000 e- or 2000 pairs
2 pairs per Si atom
Band is completely filled
4
2000 MOs
This gives 2 bond
per Si atom
5
yalıtkan
yarıiletken
Eg  6 Elmas Yalıtkan
Eg  0.5 – 3 Yarıiletkenler
Eg  0 İletken Metaller
iletken
Elektrik İletkenliği
Metaller — Sıcaklık arttıkça iletkenlik azalır
Yarıiletkenler —Sıcaklık arttıkça iletkenlik artar
Yalıtkanlar— iletkenlikleri çok düşüktür
Metallerde, T arttıkça atomların titreşimleri artar, bu
durum iletkenliğin düşmesine neden olur.
Yarıiletkenlerde, T arttıkça daha fazla elektron iletkenlik bantına
geçtiğinden iletkenlik artar.
6
Öz Yarıiletkenler
7
Grup 4A
Band gap (eV)
C
6.0
Si
1.1
Ge
0.7
Gri Sn (>13 ˚C)
0.1
Bayaz Sn (<13 ˚C)
0
Karbon
0
Safsızlık Yarıiletkenleri
• İletkenlik eser miktardaki safsızlık ilavesi ile kontrol edilir.
• Safsızlıklar Ga, Al veya As atomlarıdır.
• Aşılanan atom (dopant) Si atomları ile yer değiştirir.
• Dopant atom ya Si dan daha az elektron ( Ga veya Al) yada Si dan
daha fazla elektron ( As) içerir.
Silisyum
p-tipi
e-
e-
e-
Acceptor level
+
+
+
İletkenlik bandı
n-tipi
e-
8
eeDonor level
1.1 eV
Değerlik Bandı
Ga veya Al
• Acceptor level is slightly higher in
energy than Fermi level.
• Electrons readily promoted into
acceptor level.
As veya Sb
• Donor level has electrons.
• Electrons promoted from donor level to
conduction band.
• Negative electrons are charge carriers and
so called n-type.
9
Bant teorisinin uygulamaları: LED ve Güneş Pilleri
10
•Light-emitting diode (LED)
–Converts electrical input to light output: electron in  photon out
–Light source with long life, low power, compact design.
–Applications: traffic and car lights, large displays.
•Solar Cell
–Converts light input to electrical output: photon in  electron out
Renewable energy source!
LED
Solar Cell
11
Schematic of edge-emitting LED
_
+
Composition of p/n regions tuned to produce red & blue lasers.
Green lasers (532 nm) use special optical means to double the frequency
of infrared light emitted from p/n junction.
12
Schematic of a solar house