4: Sähköiset, optiset ja termiset ominaisuudet

Mitä on puolijohtavuus?

Elektroni hyppää kielletyn energiavyön yli, jolloin valenssivyölle jäävä aukko toimii varauksen kuljettajana

Miten valo vuorovaikuttaa metallin kanssa?

Minkä tahansa energinen fotoni virittää elektronin, purkautuessa fotoni emittoituu -> heijastus. Voi purkautua myös esim. virittämällä toisen atomin -> ei heijasta kaikkea

Miten valo vuorovaikuttaa puolijohteen ja eristeen kanssa kanssa?

Fotonilla täytyy olla kielletyn energiavyön kokoinen energia, sitä alemmalla energialla puolijohde on läpinäkyvä, jos virheetön

Miten aurinkokenno toimii?

Auringon fotoni siirtää elektronin johtavuusvyölle, valenssivyölle jää aukko. Kennon sähkökenttä vetää varauksenkuljettajat kontaktielektrodeille, syntyy sähkövirtaa.

energiavyömalli

Metalleilla ylimmän täyttyneen energiatason yläpuolella tyhjiä tasoja, joilla elektronien helppo liikkua (sähkönjohtavuus)

eristeillä energiatasot täynnä, niiden yläpuolella kielletty energiavyö > 3 eV

puolijohteilla kapeampi kielletty energiavyö

resistiivisyys ja johtavuus riippuvat

- varauksenkuljettajien määrästä (metalleilla vakio,
puolijohteilla lämpötila-riippuva ja eristeillä ei
vapaita varauksia)
- liikkuvuudesta (riippuu kidevirheistä ja
lämpötilasta)
- alkeisvarauksesta

Metallien sähkönjohtavuus lämpötilan noustessa

laskee: atomiytimet värähtelevät enemmän, elektronien liikkuminen vaikeutuu, kun ne törmäilevät enemmän

Esimerkkejä puolijohteista & sidokset

pii, germanium, galliumarsenidi, indiumfosfidi, kovalenttiset ja ioniset

Puolijohteiden resistiivisyys

10^-4 -> 10^2 Ohm-m

Puolijohteiden johtavuus lämpötilan noustessa

kasvaa: lisää varauksenkuljettajia

Miten kidekoko vaikuttaa sähkönjohtavuuteen?

Isoissa kiteissä elektroneilla vähemmän törmäilyä raerajoilla, jolloin sähkönjohtavuus on suurempi

Miten hilan epätäydellisyys (vierasatomit, vakanssit, raerajat) vaikuttavat sähkönjohtavuuteen?

Laskee sähkönjohtavuutta, kun elektronit törmäävät. Täydellinen hila paras johtavuus.

Sputterointi

Tyhjiössä sähkökentässä jalokaasu ionisoituu, iskeytyy kohtioon ja irroittaa siitä atomeita, jotka lentävät kiekolle, ja kondensoituvat siellä muodostaen ohuen kalvon kohtiomateriaalista.

ekstrinsiikkinen ja intrinsiikkinen absorptio

materiaalin defektit absorboi, materiaalin omat sidokset absorboi

Suurempi lämmönjohtavuus: kiteisellä vai amorfisella?

Kiteisellä, koska kollektiiviset hilavärähtelyt etenevät paremmin järjestäytyneessä tilassa

fononi

lämpövärähtelykvantti: lyhyt aallonpituus, suuri taajuus, törmäilee jatkuvasti, siroaa helpommin kuin elektronit, hitaampia, johtavat lämpöä jos vapaita elektroneja ei ole

terminen diffusiviteetti

kuinka nopeasti / pitkälle lämpö johtuu (ei kerro siirtyneestä energiasta)