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Moderne Physik > Festkörperphysik > Flashcards

Festkörperphysik Flashcards

1
Q

Reine Halbleiter und Isolatoren bei 0K

A

Voll besetztes VB

Leeres LB

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2
Q

Intrinsische Leitfähigkeit/Eigenleitung

A

HL mit besonders geringer BL
Schön bei geringen Temp leitfàhig
Anzahl freie e = Anzahl Löcher

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3
Q

Verbesserung Leitfähigkeit hl durch

A
  • therm Anregung
  • Opt Anregung
  • Dotierung
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4
Q

Ionenbindung

A
  • bei Zusammenführung freisetzung der Coulombenergie

- Isolatoren

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5
Q

kovalente Bindung

A
  • gerichtet
  • Überlappung von Elektronenwolken gleicher Atome
  • Orbitale der Atome spalten sich auf in bindendes und antibindendes, wobei bindendes als erstes besetzt wird (nach Hund)
  • niedrige Temp: Isolatoren
  • hohe Temp: HL
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6
Q

el. Leitfähigkeit mit Temp

A
  • HL: nimmt zu mit steigender T

- Metall: nimmt ab mit steigender T

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7
Q

Metallbindung

A

nicht gerichtet

  • positiv geladene Atomrümpfe ww mit frei beweglichen Elektronen
  • > Teilung aller VE
  • Leiter
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8
Q

Kristallgitter vs amorph

A

KG: - definierte, strukturierte Anordnung ü ganzes Gitter
- Formation über langsame Abkühlung
- energetisch günstiger
AMORPH: - definierte Ordnung nur zum nächsten Nachbarn
- bei zu schneller Abkühlung

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9
Q

Kristallgittertypen

A 
einfach kubisch: d=2r 
kubisch raumzentriert (bcc): Wurzel3d=4r
kubisch Flächenzentriertes (fcc): Wurzel2d=4r
Diamantstruktur
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10
Q

Röntgenstrukturanalyse/Laueverfahren

A

Feststellung des kristallinen Zustands von Fk
- LV: kontinuierlicher Röntgenstrahl wird durch Kristall gejagt
- Wellenlänger ungefähr so groß wie Atomabstände im Gitter
- Beobachtung: zentraler Fleck, darum regelmäßiges Punktmuster
-> durch Interferenz des an den Gitteratomen gebeugtem Röntgenstrahl
Braggsche Bed für konstruktive Interferenz: 2dsinx=nlampda n: 1,2,3
-> wenn nicht erfüllt destruktive

  • Röntgenstrahl wird durchgelassen wenn er kein Atom trifft, reflektiert wenn doch
  • Röntgenreflex nur bei kristallinem Material
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11
Q

Wie ändert sich Dichte freier Ladungsträger im dotierten HL mit Temp?

A

nimmt zu, aber nicht gleichmäßig

bei T= 0K, keine freuen Ladungsträger

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12
Q

wodurch entsteht beim pn Übergang die Verbiegung der Bänder?

A

durch Diffusionsstrom und Rekombination der Ladungsträger entsteht pos/neg Raumladungszone. Majoritätsträger mpssen um in jeweils andere Zone zu gelangen, RLF und auch inneres Feld überwinden.
Leitungsbandelektronen müssen Potentialberg überwinden -> Verbiegung

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13
Q

Energiegewinn in der Sperrschicht

A

Rekombination der Ladungsträger: e- fallen unter Energieemission auf tieferes VB

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14
Q

Spannung am pn Übergang: Durchlassrichtung

A

plus-pol an p

  • Majoritätsladungsträger innerhalb der HL fließen in Richtung Sperrschicht.
  • Sperrschicht wird geschmälert, bis ganz durchbrochen -> kleinere Bänderverbiegung
  • > Stromfluss
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15
Q

Spannung am pn Übergang: Sperrrichtung

A
  • plus pol an n
  • Majoritätsladungsträger werden aus Grenzschicht abgesaugt
  • RLZ vergrößert sich -> größere Bänderverbiegung
  • kein Strompluss
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16
Q

Halbleiterdiode

A
  • bei Wechselstrom nur in eine Richtung durchlässig
  • Abwechslung Polung in Sperr- bzw Durchlassrichtung
    -> Gleichrichtung von Wechselstrom
    I(U)=Is(exp(eU/kT)-1)
17
Q

Solarzelle

A
  • direkte Stromerzeugung
  • Photon trifft auf Solarzelle in pn Übergang, erzeugt Elektron Loch Paar
  • Trennung des Paares durch inneres Feld
  • e- wandert zu nZone Loch zu pZone
  • > Ladungstrennung erzeugt Spannung UL
  • > Kurzschluss der Zelle -> Stromfluss Ik
18
Q

Wie ändert sich Verbiegung der Bänder, wenn Licht auf Solarzelle trifft?

A

Bandverbierung verringert sich

Bänder gleichen sich an, wenn so viele Elektron-Loch Paare erzeugt wurden, dass RL vollständig abgebaut wurde.

19
Q

Welche Bedeutung hat der Wirkungsgrad einer Solarzelle, wie ist er definiert und welche Werte werden heute erzielt?

A
  • höchstern: 40% für Tandem Zellen
  • sonst um 20%
  • Verhältnis elektrische Leistung zu Lichtleistung
20
Q

wie sieht die Strom spannungskenlinie einer Solarzelle ohne Beleuchtung aus

A

wie die eine HL Diode

mit Beleuchtung verschiebt sie sich um Ik nach unten

21
Q

Welche Materialgrößen beeinflussen Wirkungsgrad einer Solarzelle?

A
  • Breite der Energiebandlücke des Materials

- Absorptionskoeffizient (benutze direkten HL mit hohem Epsilon)

22
Q

Isolator

A

Banlücke zu groß, als dass e- überwinden könnten

keine freien e-, VB voll besetzt und LB leer

23
Q

Halbleiter

A

Silicium

  • VB: voll besetzt
  • LB: leer
  • Zufuhr von geringer therm. Energie reicht aus, um e- in LB anzuregen
  • > freie e- da viele freie Plätze in LB
24
Q

Leiter/Metall

A

VB u. LB überlappen
e- sind frei beweglich im LB
Leitung ohne energiezufuhr

25
Q

pHL

A

zb silicium mit Aluminium
- Al nimmt Si ein e- weg -> Loch an einem der Si Atome
- Loch wird mit e- des Nachbarn aufgefüllt usw.
- Ladungsträger sind Löcher (Majo)
- zusätzliches Akzeptorniveau,
INTRINSICH:
- einige Löcher durch Elektronen (Mino) die ins LB angehoben wurden
-> Eigenleitfähigkeit

26
Q

nHL

A

Silicium mit Phosphor
- P liefert überschüssiges elektronen
-> steht als Ladungselektron zur Verfügung
- zusätzliches Donatornieveau -> e- überwinden leicht Bandlücke ins LB
- e- als Majo
INTRINSISCH:
- einige e- aus VB in LB -> hinterlassen Löcher im VB
- geringfügige Lochleitung

27
Q

bipolarer Transistor, Aufbau und Funktion

A
  • Steuerung und Verstärkung von Strom
  • Schichtfolge untersch. dotierter HL
    Aufbau: Emitter, Basis, Kollektor
  • Emitter (n): sendet Ladungsträger aus
  • Kollektor (n): sammelt sie ein
28
Q

bipolarer Transistor Funktionsweise, nicht im Transistorbetrieb

A

OHNE ÄUSSERE SPANNUNG U:
- Ausbildung Raumladungszonen an np Übergängen -> Bandverschiebung
MIT SPANNUNG U:
egal wie herum gepolt:
1. pn Übergang in Durchlassrichtung -> Stromfluss (siehe Diode)
2. pn Übergang in Sprerrrichtung -> RLZ vergrößert sich

29
Q

bipolarer Transistor im Betrieb

A
  • Steuerspannung anlegen
    1. pn Übergang bleibt in Durchlassrichtung gepolt -> Bänder angleichen
  • e- aus Emitterleitungsband gelangen in LB der Basis
  • in p dotiertem Basisgebiet sind e- Minoritätsladungsträger
  • > e- gelangen in Kollektorgebiet und werden von U abgesaugt
30
Q

Bedingungen für Stromfluss durch den Kollektor

A

möglichst viele e- sollen in Kollektorgebiert gelangen und nicht in der Basis rekombinieren

  • > extrem dünne Basisschicht
  • > variable Steuerspannung
  • > viele e- in n dotiertem Emittergebiet
31
Q

Diamagnetismus

A 
xmag < 0 und xmag const
- kein Dipolmoment
mit äusserem mag. Feld:
- induzierter Dipol 
-> Diamagnetismus reiner Induktionseffekt
32
Q

Paramagnetismus

A
  • existenz permanenter magnetischer Dipole -> wenn Vschale nicht voll besetzt
    • xmag > 0 und xmag = xmag(T) tempabhängig
      Curie: xmag = C/T
33
Q

Ferromagnetismus

A

xmag=xmag(H,T)

  • kollektiver Magnetismus
  • Gleichrichtung weißscher Bezirke (Bereich paralleler Spins) erfolgt nur unterhalt Curie-Temp
  • oberhalb ist Ferrom normaler Paramagnet
34
Q

Supraleitung

A

= ideale Leitfähigkeit

  • bei kritischer Temp Widerstand fast null
  • idealer Diamagnet, da Magnetisierung Induktionsfeld kompensiert

Moderne Physik (4 decks)

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