Arabic Subtitles for PV1x_2017_2.2.1_Carrier_concentrations-video



Subtitles / Closed Captions - Arabic

في الفيديو السابق، قدمنا ​​المخططات الفرقة وتعلمت عن التوصيل

والفرقة الطاقة التكافؤ. الآن سنبدأ إلقاء نظرة أعمق على حاملات الشحنة التي يمكن أن تشغل الطاقة الدول في تلك العصابات. احتلال الدول الطاقة في التكافؤ والتوصيل عصابات من أشباه الموصلات يحدد تركيزات حاملات الشحنة. تركيز حاملات الشحنة هي خاصية هامة جدا لفهم الأداء

خلايا الطاقة الشمسية. دعونا نبدأ مع حالة التوازن. نحدد توازن نظام كدولة فيه النظام هو رابط الجأش. لذلك، يتم تطبيق أي قوى خارجية على هذا النظام. هذه القوى يمكن أن يكون: جهد خارجي، المجال المغناطيسي، والإضاءة أو إجهاد. يمكننا تحديد التوازن الحراري للنظام كشرط الذي معالمها

لا تتغير مع مرور الوقت. نحن نستخدم كلمة الحرارية لأن شروط التوازن ستتغير تبعا لدرجة الحرارة. ومن الضروري أن تتخذ لتحديد تركيز ناقلات في أشباه الموصلات عدة خطوات. أول واحد هو تحديد ولايات الطاقة المتاحة للإلكترونات في التوصيل وعصابة التكافؤ. في أشرطة الفيديو السابقة التي وصفناها مفهوم مستويات الطاقة وشرائح الطاقة.

رأينا أن عددا قليلا فقط من مستويات تشغل نحو فعال من قبل حاملات الشحنة. على اليسار يمكنك ان ترى لدينا دراية مخطط الفرقة مبسط، مع الفرقة التوصيل في الأصفر، عصابة التكافؤ في الزرقاء والفجوة الفرقة في الأبيض. كثافة الحالات الطاقة، ونحن دلالة على أنها "ز"، هو من العوامل الهامة التي يخبرنا عن عدد من الدول للطاقة يسمح لكل وحدة حجم بوصفها وظيفة من الطاقة. هنا يمكنك أن ترى كيف أن كثافة الحالات يختلف مع الطاقة.

لدينا كثافة الحالات على محور س ومستوى الطاقة على المحور الصادي. يمكنك أن ترى أنه لا توجد دول المسموح بها في الفجوة الفرقة. ثم، وكذلك نحن ننتقل من حواف العصابات، تتوفر الدول المزيد من الطاقة. "g_C" يمثل كثافة الحالات في نطاق التوصيل. إذا كنت تتذكر من الفيديو السابق، والفرقة التوصيل تمثل حالات طاقة الإلكترونات المتحركة.

"g_V" من ناحية أخرى، يمثل كثافة الحالات من الثقوب في التكافؤ فرقة. ثقوب في الأساس تحتل الدول في عصابة التكافؤ من الإلكترونات في عداد المفقودين. الإلكترونات التي تم متحمس لنطاق التوصيل. سوف تتعلم الكثير عن الثقوب في أشرطة الفيديو في المستقبل. دعونا ننظر إلى المعادلات التي تمثل هذه الكثافة.

هنا ترى لدينا كثافة وظيفة دول تآمرت مرة أخرى. دعونا ننظر في الفرقة التوصيل. نحن لا نستطيع التعبير عن معادلة كثافة الحالات في نطاق التوصيل على النحو التالي. أنا لن تستمد هذه المعادلة، ولكن يمكنك معرفة المزيد حول هذا الموضوع في الكتاب المدرسي. ويستند المعادلة على عدد قليل من الثوابت مثل كتلة ثابتة وفعالة على اللوح الخشبي ل الإلكترون.

ومع ذلك، يرجى ملاحظة أن الاعتماد على الطاقة هي علاقة الجذر التربيعي. كما يحصل على الطاقة بعيدا عن حافة نطاق التوصيل الرمز بواسطة E_C، فإن المبلغ المسموح بها تنص الطاقة الزيادات. الآن دعونا تواصل مع عصابة التكافؤ. المعادلات هي مشابهة جدا لتلك التي 'g_C' ولكن الآن علينا أن نستخدم على نحو فعال كتلة الثقوب بدلا من الالكترونات.

حتى الآن نحن نعرف كثافة الحالات الطاقة المسموح بها الإلكترونات المتحركة والثقوب. من أجل حساب مجموع تركيزات تهمة الناقل نحن أيضا بحاجة إلى معرفة كم واحتلت الطاقة الدول حقا. لهذا الغرض، ونحن نقدم ما يتم استدعاء الدالة الاحتلال. ويعرف هذا وظيفة مثل وظيفة توزيع فيرمي-ديراك. وظيفة توزيع فيرمي-ديراك تعبر عن احتمال وجود حالة الطاقة المتاحة

سيتم المحتلة في درجة حرارة معينة. تعتمد هذه الوظيفة على الفرق بين مستوى الطاقة من الفائدة ويسمى فيرمي مستوى E_F. سأشرح تعريف مستوى فيرمي في بضع الشرائح، ولكن دعونا أولا نلقي نظرة على الاعتماد درجة الحرارة في هذه دالة التوزيع. في صفر كلفن، وظيفة توزيع فيرمي-ديراك هي وظيفة خطوة.

يعني، واحتل فقط مستويات الطاقة دون مستوى فيرمي. حالات طاقة نطاق التوصيل التي هي فوق مستوى فيرمي فارغة، لذلك لا الإلكترونات تحتل هذه الدول. ومع ذلك، إذا كانت درجة الحرارة ترتفع، واحتمال احتلال مستويات طاقة أعلى ويزيد. وكلما ارتفعت درجة الحرارة، واحتمال احتلال يحصل الإلكترونات أعلى وأكثر يمكن ملء هذه الدول.

هذا هو نتيجة الإثارة الحرارية. الالكترونات المثارة يحصلون على الطاقة من الحرارة المحيطة. إذا كانت درجة الحرارة أعلى من الصفر كلفن، يمكن أن الإلكترونات تحتل مستويات الطاقة فوق التوصيل الفرقة الحافة. قبل أن نذهب إلى أبعد من ذلك، اسمحوا لي أن أشرح مفهوم مهم جدا: مستوى فيرمي. لذا، ما هو بالضبط مستوى فيرمي؟

بشكل عام أنها تمثل إجمالي الطاقة في المتوسط ​​من إلكترونات التكافؤ من مادة. تأخذ هذه الطاقة في الاعتبار الطاقة الكهربائية والكيميائية لجميع الإلكترونات في التوصيل وعصابة التكافؤ. من وظيفة توزيع فيرمي-ديراك يمكننا حساب بسهولة أن احتمال أن مستوى الطاقة المقابلة لتحتل مستوى فيرمي هو صفر خمس نقاط. موقف مستوى فيرمي في أشباه الموصلات جوهري على مقربة من وسط

فجوة الفرقة. اعتمادا على موقف مستوى فيرمي في فجوة يمكننا تبسيط فيرمي ديراك دالة التوزيع. إذا كان مستوى فيرمي في غضون 3 مرات k_b T من كل من حافة نطاق التوصيل و التكافؤ الفرقة الحافة، وذلك في المنطقة الوردية من المخطط الفرقة يمكننا استخدام هذه المبسطة معادلة.

هذا هو المعروف باسم بولتزمان التقريب. حددنا الآن جميع المعلمات اللازمة لتحديد تركيز تهمة الناقل في حالة توازن حراري. دعونا نلخص. أولا فهمنا المخططات الفرقة الطاقة. ثم حددنا كثافة الحالات تعمل لوصف جميع الدول المسموح بها في فرقتنا

رسم بياني. وكانت الخطوة التالية للنظر في احتلال هذه الدول. لهذا، قدمنا ​​دالة التوزيع فيرمي-ديراك. الآن الخطوة الأخيرة هي لتحديد الكثافة تهمة الناقل في التوصيل والتكافؤ يربط. هذه هي الطريقة التي محة عن الدول المحتلة تبدو.

على رأس يمكننا أن نرى احتلال الدول التوصيل الفرقة ونحن على القاع رؤية احتلال الدول التكافؤ الفرقة. فكيف نحصل على هذه الملفات الشخصية؟ وهنا نرى لدينا لمحات من الدول التوصيل والطاقة التكافؤ المحتلة. دعونا حساب تركيز حاملات الشحنة. نبدأ مع الإلكترونات في نطاق التوصيل.

ويحسب هذا عن طريق ضرب كثافة الحالات بواسطة الدالة الاحتلال. إذا كنا نريد أن نعرف المبلغ الإجمالي من الإلكترونات المتحركة، علينا فقط أن دمج هذه المنتج من نطاق التوصيل حافة حتى من خلال الفرقة. ويستخدم معادلة مماثلة لعدد من الثقوب في عصابة التكافؤ. ومع ذلك، تذكر أن الثقوب هي ببساطة الالكترونات المفقودة في الدول التي وردت في التكافؤ فرقة.

لذلك، لدينا لمضاعفة كثافة الحالات المسموح به من قبل واحد ناقص الاحتلال وظيفة، لمعرفة أي الدول هي غير مأهولة. مرة أخرى، يمكن أن ندمج هذا المنتج للحصول على عدد من الثقوب في عصابة التكافؤ. وإذا استخدمنا تقريبية بولتزمان، يمكننا حساب هذه التركيزات. للإلكترونات في نطاق التوصيل نحصل على هذا التعبير وثقوب في التكافؤ الفرقة نحصل على هذا التعبير.

ولن أخوض في الحساب الكامل كما يمكنك أن تجد في الكتاب المدرسي. هناك نوعان من معايير جديدة في المعادلات لتركيزات الناقل، N_C وN_V. ونحن نطلق على هذه المعلمات الكثافة الفعلية للتوصيل وعصابة التكافؤ الدول، على التوالي. كما يمكنك أن تلاحظ أنها مختلفة عن بعضها البعض، حيث أن كتلة فعالة من الإلكترونات يختلف عن كتلة فعالة من الثقوب. الآن نصل إلى خاصية هامة من أشباه الموصلات: تركيز الناقل جوهري أو n_i.

مربع n_i تساوي نتاج ن، وتركيز الإلكترونات الاحتلال الدول في نطاق التوصيل، وص تركيز الثقوب الاحتلال الدول في عصابة التكافؤ. ويمكن حساب هذا المنتج على النحو التالي. في تعبير مبسط يمكننا أن نرى أن n_i تعتمد فقط على فجوة الحزمة، ودرجة الحرارة والكثافة الفعلية للدول. في أشباه الموصلات الذاتية بشكل كامل، بما أن n و p متساوون، وكلاهما يساوي

n_i. لسي سي في 300K n_i تساوي 10 إلى قوة 10 لكل سنتيمتر مكعب. سوف نستخدم هذه القيمة في العديد من المعادلات القادمة، لذلك تأكد من أن نلاحظ عليه. يوضح هذا الرسم البياني الاعتماد درجة حرارة تركيز تهمة الناقل جوهري السيليكون. ويمكن توقع أنه مع زيادة درجة الحرارة، والمزيد من الإلكترونات المثارة من التكافؤ

في نطاق التوصيل منذ المزيد من الطاقة الحرارية هو متاح. وهذا ما يفسر n_i زيادة. مع هذه المحاضرة كنت قد تعلمت كيفية تحديد تركيز حاملات الشحنة ضمن أشباه الموصلات. ومع ذلك، وهذه الطريقة صالحة فقط لأشباه الموصلات الجوهرية في التوازن الحراري. في الفيديو التالي سوف نرى أولا كيف تركيز حاملات يمكن التلاعب بها

المنشطات المواد. بعد ذلك سننتقل تحليلنا إلى حالة عدم التوازن.



Video Description

PV1x_2017_2.2.2_Carrier_concentrations-video.mp4