Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: 463-1580F: 463-4357.

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Szén nanocsövek STM leképezésének elméleti vizsgálata
Advertisements

SO 2, NO x felbontási hatásfokának vizsgálata korona kisülésben Horváth Miklós – Kiss Endre.
Elektromos alapismeretek
Atomrácsos kristályok
Az elektronika félvezető fizikai alapjai
Rácshibák (a valós kristály)
FÉLVEZETŐ-FIZIKAI ÖSSZEFOGLALÓ
Szilárdságnövelés lehetőségei
Szilárdságnövelés lehetőségei
A KRISTÁLYSZERKEZET Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek, -üvegek, műanyagok, elasztomerek. Mi készteti az atomokat a kristályos szerkezet.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1. zárthelyi megoldásai október 18.
Si egykristály előállítása
Szilárd anyagok elektronszerkezete
Periodikus mozgások A hang.
A FÉMEK ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE
ATOMREAKTOROK ANYAGAI 5. előadás
Tartalom A periódusos rendszer felfedezése
Félvezető technika.
MIKROELEKTRONIKA 3. 1.Felületek, felületi állapotok. 2.Térvezérlés. 3.Kontakt effektusok a félvezetőkben. 4.MES átmenet, eszközök.
Az anyagok szerkezete.
Elektromágneses hullámok
Hullámok visszaverődése
Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük.
Ötvözetek ötvözetek.
4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtestfizikai alapjai szükségesek.
4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek.
ANYAGTUDOMÁNYI VIZSGÁLATI MÓDSZEREK
Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F:
Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós Grofcsik András
2. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek.
Kómár Péter, Szécsényi István
Elektron transzport - vezetés
A szemcsehatárok tulajdonságainak tudatos módosítása Szabó Péter János BME Anyagtudomány és Technológia Tanszék Anyagvizsgálat a gyakorlatban (AGY 4) 2008.
A szemcsehatárok tulajdonságainak tudatos módosítása
Kubinyi Miklós ) Lézerspektroszkópia Kubinyi Miklós )
A fémrács.
Auger és fotoelektron spektrumok –az inelasztikus háttér modellezése Egri Sándor Debreceni Egyetem, Kísérleti Fizika Tanszék ATOMKI.
Lézerek alapfelépítése
Raman spektroszkópia hn0 hn0 hn0 hn0 hn0 hn0 hnS hnAS
12. előadás A fémek vezetőképessége A Hall-effektus Kristályok
Biológiai anyagok súrlódása
Félvezető napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 1
Félvezetők dr. Mizsei János, 2010 Egyedi atom:
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Félvezető fizikai alapok.
Egykristályfelületek szerkezete és rekonstrukciói
A félvezetők működése Elmélet
Nanocsövek állapotsűrűségének kísérleti vizsgálata Veres Miklós MTA SZFKI
Reális kristályok, kristályhibák
Elektromágneses rezgések és hullámok
Ütközések Ugyanazt a két testet többször ütköztetve megfigyelhető, hogy a következő összefüggés mindig teljesül: Például a 2-szer akkora tömegű test sebessége.
Az atommag alapvető tulajdonságai
A FONTOSABB MÓDSZEREK:
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fiziája X. Előadás Szilárdtestek fizikája Törzsanyag Az Európai Szociális.
E, H, S, G  állapotfüggvények
Mechanikai hullámok.
A belső energia tulajdonságai Extenzív mennyiség moláris: Állapotfüggvény -csak a rendszer szerkezeti adottságaitól függ -csak a változása ismert előjelkonvenció.
A mértékegységet James Prescott Joule angol fizikus tiszteletére nevezték el. A joule a munka, a hőmennyiség és az energia – mint fizikai mennyiségek.
Ütközések Ugyanazt a két testet többször ütköztetve megfigyelhető, hogy a következő összefüggés mindig teljesül: Például a 2-szer akkora tömegű test sebességváltozásának.
Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 12. Raman spektroszkópia TÁMOP C-12/1/KONV projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel.
Optikai mérések műszeres analitikusok számára
Diffúzió Diffúzió - traszportfolyamat
Atomrácsos kristályok
Napelemek laboratórium 1. gyakorlat
Hogyan mozog a föld közelében, nem túl nagy magasságban elejtett test?
Komplex természettudomány 9.évfolyam
Szilárd testek fajhője
Optikai mérések műszeres analitikusok számára
Félvezető fizikai alapok
Rácsrezgések kvantummechanikai leírás
Előadás másolata:

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: ANYAGTUDOMÁNYI VIZSGÁLATI MÓDSZEREK Az ideális (végtelen) kristályszerkezettől való eltérés következményei 0D: Ponthibák Elvben: 0D kiterjedésű, egy atomnyi méretű eltérések az ideális periodicitástól Gyakorlatban: a szomszédos atomok átrendeződnek. Relaxáció: a környezet szimmetriája megőrződik. Rekonstrukció: a környezet szimmetriája csökken. szerkezeti (intrinsic) ponthibák szennyezések (extrinsic ponthibák) rácshelyenvakancia (pl. SiC:V C )szubsztitúciós (SiC:N C ) antisite hiba (SiC:C si ) rácsközi helyenönintersticiális (SiC:C i )intersticiális (SiC:B i )

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Idegen atomok következményei az elektronszerkezetben E atom kristály Pauli elv vegyértéksáv vezetési sáv [100] k E Kis koncentráció esetén az idegen atomok messze vannak ahhoz, hogy kölcsönhassanak, így közelítőleg azonos energiájú diszkrét új szinteket hoznak létre. Az atom elektronegatívitásától és környezetétől függően a tiltott sávban nívók jelenhetnek meg.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Szigetelő tiltott sávjába eső nívók következményei Optikai abszorpció E 0.0 eV 8.8 eV SZÍNCENTRUMOK rubin: Al 2 O 3 :Cr Al korund: Al 2 O 3 Cr

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Szigetelő tiltott sávjába eső nívók következményei Félvezető tulajdonság donor állapot n C > p V : n-típusú vezetés akceptor állapot n C < p V : p-típusú vezetés Részben betöltött sávban lehetséges a vezetés! területszelektív adalékolás: egyensúlyban E F kiegyenlítődik Félvezető dióda! E F A töltéshordozók átlagos energiája eltolódik

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: A környezet szerepe RelaxációRekonstrukció C V 3 d sp b a a' b' A mélyen fekvő szintek nem adnak szabad töltéshordozókat, csak befogják őket (csapdák).  Színcentrumok (LED) A szándékosan bevitt idegen atomok: adalékok. A többi: szennyezés!

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Intrinszik kristályhibák Termodinamika III. főtétele:  nincs tökéletes kristály! Vakanciák (Schottky-hibák) termikus egyensúlyban: (Vakancia-önintersticiális párok (Frenkel-hibák) t.e.-ban: ) Az intrinszik hibák elektronikai félvezetőkben általában csapdák. Bizonyos szubsztochiometrikus oxid szigetelőket viszont félvezetővé tehetnek. Vakancia a gyémántrácsú kristályokban

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Egyensúlyi koncentrációk 1/kT ln N E form oldékonysági ARRHENIUS görbe az atom kémiai potenciálja kristállyal termikus egyensúlyban levő tartályban. (közelítés a kristályban: csak viszonylag alacsony T-n igaz)

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Diffúzió Inhomogén c koncentráció esetén ha a diffúzivitás, D, nem függ a helytől: A diffúzió aktivációs energiáját az egyensúlyi helyek közötti energiagát magassága szabja meg, amihez a vakanciamechanizmus esetén hozzáadódik a vakanciák gyakoriságát megszabó E v vakanciakeltési energia is. 1/kT ln D EdEd diffúzivitás ARRHENIUS görbéje

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Deszorpció A szilárdtest felületére kijutott atomnak további E a aktivációs energiagátat kell legyőznie, hogy deszorbeálódhasson a felületről! 1/kT ln C out EaEa Deszorpciós ARRHENIUS görbe E tot tömbfelület x EdEd E form EaEa EbEb (befogás egy másik hiba által)

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Idegen atomok következményei nagy koncentrációban Szennyezések < cm -3 ~ 1 ppb Adalékok 1 ppb - 10 ppm Ötvözők 10 ppm - 5 % E atom kristály Pauli elv vegyértéksáv Pauli elv vezetési sáv Fémes (degenerált) vezetés félvezetőkben. Tiltott sáv “szabászat” szigetelőkben: Mágneses ötvözők félvezetőkben… Mechanikai ötvözők fémekben… Alapvető szerkezeti változás nélkül.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: 1D: Vonalhibák, DISZLOKÁCIÓK A vonalhibák a rácsban egymáshoz képest rácshelynyi távolsággal elcsúszott félsíkok határoló vonalai ÉLDISZLOKÁCIÓ (vonal  a csúszási irányra) CSAVARDISZLOKÁCIÓ (vonal || a csúszási iránnyal) Diszlokációk keletkezése: mechanikai megmunkálás, hirtelen hőkezelés feszültség alatt. Diszlokációk hatása: megkönnyíti a képlékeny alakítást fémekben, elektronikus szempontból rontja a félvezetőt. Diszlokációk kimutatása: marás után röntgentopográfiával vagy elektronmikroszkóppal a felületen.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: 2D: Felülethibák (rétegződési hibák, ikerhatárok, kis és nagyszögű szemcsehatárok), felületek, határfelületek Periodikus felületek (mérés: alagútmikroszkópiával). Rutil-TiO 2 (001) felület rekonstrukciója és a felület szimulált STM képe A “hiányzó kristályfél” miatt a felület atomjainak egyensúlyi helyzete változik. A felületre merőleges (a párhuzamos tömbi sík periodicitását megőrző) elmozdulás a relaxáció. A felület menti periodicitás módosulása a rekonstrukció. (ionos koordináció optimálása)

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Pl.: Si (001) felület (2x1)-es rekonstrukciója lógó kötés minimalizáció

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: A felületi rekonstrukció leírásának konvenciója (Woods jelölés : a felületi és a párhuzamos tömbi transzlációs egységvektorok aránya)

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Különböző felület — különböző rekonstrukció

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Adatom-szuperstruktúrák: Si (111) Saját-adatom szuperstruktúrák jelentősége: epitaxiás kristálynövesztés Adszorbátum szuperstruktúrák jelentősége: heterogén katalízis

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: A periodikus felület hibái SEM STM Jelentőség: A felület növekedésének jellege a felületi diffúzió és az adszorpció/deszorpció relatív sebességétől függően szigetes vagy réteges  epitaxia…

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Reális határfelületek A reális határfelület véges vastagságú, mindkét érintkező fázistól eltérő tulajdonságú köztes fázis.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: ANYAGTUDOMÁNYI VIZSGÁLATI MÓDSZEREK A szilárdtest atomjainak rezgései Ha T  0, (azaz mindig) a periodikus potenciált szolgáltató iontörzsek rezegnek! 1. Ha T nem túl nagy: a rezgések harmonikusak. 2. Az atomok közti csatolás miatt a rezgésállapot harmonikus síkhullámok formájában terjed. u(r 0,t) t

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Akusztikus és optikai hullámok a kristályrácsban - Egyatomos bázisú kristályban az elemi cella tömegközéppontja szükségképpen együtt mozog az atomokkal. - Az atomok rezgése folytán lokálisan csökkenő-növekvő atomtávolságok sűrűséghullámnak felelnek meg.  Hangterjedés a szilárdtestben: akusztikus hullám -Többatomos bázisú kristályban az atomok rezeghetnek “azonos fázisban”, együtt az elemi cella tömegközpontjával, vagy “ellenfázisban”, úgy, hogy a cella tömegközpontja nyugalomban van.  Fényterjedés a szilárdtestben: optikai hullám -Különféle atomok “ellenfázisú rezgése” dipolrezgések hullámának felel meg, ami elektromos térrel, azaz fénnyel gerjeszthető.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Fononok A szilárdtestben terjedő rezgéshullámok ugyanúgy energiakvantumokat, fononokat szállítanak, mint ahogy a fény fotonokat. Másszóval: A fononok diszperziós relációja: Kétatomos bázisú rácsban (a polarizációs lehetőségeknek megfelelő) akusztikus és optikai diszperiós ág van.  X

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: A rácsrezgések mérése Fononok kelthetők fény (foton) abszorpció hatására: IR spektroszkópia. Fononok kelthetők fény (foton) rugalmatlan szóródásával: Raman spektroszkópia Feltétel: a kristálybázisnak legyen dipolmomentuma! Feltétel: E fonon k E foton = ??? Mivel a fotonok impulzusa sokkal kisebb, mint a fononoké, így csak a nagyon kis hullámhosszú fononok gerjeszthetők fénnyel!! (Ez mind a Raman, mind az IR spektroszkópiánál igaz. A többi: neutronszórás….) A szilárdtest Raman-frekvenciája.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: A fényhullám és a rácsrezgéshullám kölcsönhatása E fonon k E foton = Csatolás a kétféle hullám között - együtthaladás! (a szilárdtest fényvezetése) abszorpció

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Lokális hibák, lokális rezgési módusok 1. Az izolált kristályhiba rezgései nem csatolódnak erősen a gazdaatomok rezgéseihez: E fonon k Lokalizált rezgések (k = 0)  molekularezgés szilárd közegben (csökkent frekvenciák  r > 1 miatt). 2. A kristályhiba töltéstranszfert, és így dipolmomentumot okoz  a hibák, szennyezések rezgései IR-rel és Raman-nal is mérhetők. (Eltérő szimmetria kiválasztási szabályok!!) 3. A mért jel intenzitása kalibrálható a koncentrá- cióhoz! 4. Legkönnyebben a könnyű atomok Raman- frekvencia fölé eső vegyértékrezgései mérhetők.

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: Valóban harmonikusak-e a rácsrezgések? Harmonikus = szinusz: Rugalmas test: Hook törvény!! IGEN…. De akkor hogy is van ez a hőtágulás? Harmonikus potenciálban az atomok egymáshoz képesti átlagos távolsága nem változna. V xx0x0 Valójában az atomokra ható potenciál: nem harmonikus …DE CSAK ALACSONY T-n! 1.Ha a rezgések anharmonicitása nő, az elektronok ütköznek a fononokkal (ellenállás!). 2.Hibák közelében mindig van anharmonicitás: vannak nem sugárzásos átmenetek!

Dr. Gali Ádám, egyetemi adjunktus BME Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék, Felületfizika Laboratórium 1111 Budapest, Budafoki út 8. T: F: E: W: VÉGE - ENDE - THE END - FIN egyelőre Akit érdekel: “Alkamazott szilárdtestfizika” doktori tárgy: alaposabb alapozással!