Indonesian Subtitles for PV1x_2017_2.2.1_Carrier_concentrations-video



Subtitles / Closed Captions - Indonesian

Dalam video sebelumnya, kami telah memperkenalkan diagram band dan Anda belajar tentang konduksi

dan pita energi valensi. Sekarang kita akan mulai mengambil melihat lebih dalam pada pembawa muatan yang dapat menempati energi negara di band-band. Pendudukan keadaan energi dalam valensi dan pita konduksi semikonduktor menentukan konsentrasi pembawa muatan. Konsentrasi pembawa muatan adalah properti yang sangat penting untuk memahami kinerja

sel surya. Mari kita mulai dengan kondisi ekuilibrium. Kami mendefinisikan keseimbangan sistem sebagai keadaan di mana sistem ini gentar. Oleh karena itu, tidak ada kekuatan eksternal yang diterapkan pada sistem ini. Kekuatan ini bisa menjadi: tegangan eksternal, medan magnet, iluminasi atau stres mekanik. Kita dapat menentukan keseimbangan termal sistem sebagai suatu kondisi di mana parameternya

tidak berubah dengan waktu. Kami menggunakan kata termal karena kondisi kesetimbangan akan berubah tergantung pada suhu. Beberapa langkah yang diperlukan untuk mengambil untuk menentukan konsentrasi operator di semikonduktor. Yang pertama adalah untuk menentukan keadaan energi yang tersedia untuk elektron dalam konduksi dan pita valensi. Dalam video sebelumnya kita telah menggambarkan konsep tingkat energi dan band energi.

Kami melihat bahwa hanya sedikit dari tingkat yang efektif ditempati oleh pembawa muatan. Di sebelah kiri Anda dapat melihat familiar diagram Band disederhanakan kami, dengan pita konduksi di kuning, pita valensi warna biru dan band-gap putih. Kepadatan energi negara, yang kita menunjukkan sebagai 'g', merupakan parameter penting yang memberitahu kami jumlah keadaan energi diizinkan per satuan volume sebagai fungsi energi. Di sini Anda dapat melihat bagaimana kepadatan negara bervariasi dengan energi.

Kami memiliki kepadatan negara pada sumbu x dan tingkat energi pada sumbu y. Anda dapat melihat bahwa tidak ada negara diperbolehkan dalam band gap. Kemudian, lanjut kita bergerak dari tepi band, keadaan energi yang lebih tersedia. 'G_C' mewakili kepadatan negara di pita konduksi. Jika Anda ingat dari video sebelumnya, pita konduksi mewakili keadaan energi dari elektron mobile.

'G_V' di sisi lain, mewakili kepadatan negara dari lubang di valensi pita. Lubang dasarnya menempati negara bagian di pita valensi elektron yang hilang. Elektron yang telah gembira ke pita konduksi. Anda akan belajar lebih banyak tentang lubang di video masa depan. Mari kita lihat ke dalam persamaan yang mewakili kepadatan tersebut.

Disini anda melihat kepadatan kami fungsi negara diplot lagi. Mari kita lihat pita konduksi. Kita dapat mengekspresikan persamaan untuk kepadatan negara di pita konduksi sebagai berikut. Saya tidak akan menurunkan persamaan ini, tetapi Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang hal itu dalam buku teks. Persamaan ini didasarkan pada beberapa konstanta seperti massa konstan dan efektif Plank elektron.

Namun, perlu diketahui, bahwa ketergantungan pada energi hubungan akar kuadrat. Sebagai energi mendapat lebih jauh dari tepi pita konduksi dilambangkan dengan E_C, jumlah diperbolehkan energi menyatakan meningkat. Sekarang mari kita lanjutkan dengan pita valensi. Persamaan sangat mirip dengan 'g_C' tapi sekarang kita harus menggunakan yang efektif massa lubang bukan elektron.

Jadi sekarang kita tahu kepadatan keadaan energi DIIZINKAN elektron mobile dan lubang. Dalam rangka untuk menghitung konsentrasi muatan total-carrier kami juga perlu tahu berapa banyak energi negara benar-benar diduduki. Untuk tujuan ini, kami memperkenalkan apa yang disebut fungsi pendudukan. Fungsi ini dikenal sebagai fungsi distribusi Fermi-Dirac. Fungsi distribusi Fermi-Dirac menyatakan probabilitas bahwa suatu keadaan energi yang tersedia

akan ditempati pada suhu tertentu. Fungsi ini tergantung pada perbedaan antara tingkat energi bunga dan disebut Fermi tingkat E_F. Saya akan menjelaskan definisi tingkat Fermi dalam beberapa slide, tetapi mari kita pertama lihatlah ketergantungan suhu fungsi distribusi ini. Nol Kelvin, fungsi distribusi Fermi-Dirac adalah fungsi langkah.

Ini berarti, hanya tingkat energi di bawah level Fermi ditempati. negara energi dari pita konduksi yang berada di atas tingkat Fermi kosong, sehingga tidak ada elektron menempati negara-negara ini. Namun, jika suhu naik, kemungkinan pendudukan tingkat energi yang lebih tinggi meningkat. Semakin suhu naik, kemungkinan pendudukan mendapat elektron lebih tinggi dan lebih dapat mengisi negara-negara ini.

Ini adalah hasil dari eksitasi termal. Elektron bersemangat mendapatkan energi dari panas ambien. Jika suhu lebih tinggi dari nol Kelvin, elektron dapat menempati tingkat energi di atas pita konduksi tepi. Sebelum kita melangkah lebih jauh, mari saya jelaskan konsep yang sangat penting: Tingkat Fermi. Jadi, apa yang sebenarnya tingkat Fermi?

Secara umum itu merupakan total energi rata-rata elektron valensi material. Energi ini memperhitungkan energi elektro-kimia semua elektron dalam konduksi dan pita valensi. Dari fungsi distribusi Fermi-Dirac kita dapat dengan mudah menghitung bahwa probabilitas bahwa tingkat energi yang sesuai dengan tingkat Fermi ditempati adalah nol koma lima. Posisi tingkat Fermi dalam semikonduktor intrinsik dekat tengah

band gap. Tergantung pada posisi tingkat Fermi di celah pita kita dapat menyederhanakan Fermi-Dirac fungsi distribusi. Jika tingkat Fermi adalah dalam 3 kali k_b T dari kedua tepi pita konduksi dan pita valensi tepi, sehingga di daerah merah muda dari diagram band yang kita dapat menggunakan ini disederhanakan persamaan.

Hal ini dikenal sebagai Boltzmann Approximation. Kita sekarang telah mendefinisikan semua parameter yang diperlukan untuk menentukan konsentrasi pembawa muatan dalam kesetimbangan termal. Mari kita rekap. Pertama kita memahami diagram pita energi. Kemudian kita mendefinisikan kepadatan negara berfungsi untuk menggambarkan semua negara diperbolehkan dalam band kami

diagram. Langkah berikutnya adalah untuk melihat pendudukan negara-negara ini. Untuk ini, kami memperkenalkan fungsi distribusi Fermi-Dirac. Sekarang langkah terakhir adalah untuk menentukan kepadatan pembawa muatan dalam konduksi dan valensi band. Ini adalah bagaimana profil dari negara-negara yang diduduki terlihat seperti.

Di atas kita bisa melihat pendudukan negara-negara konduksi-band dan pada kami bawah melihat pendudukan negara-negara valensi-band. Jadi bagaimana kita mendapatkan profil ini? Di sini kita melihat profil kami diduduki konduksi dan energi valensi negara. Mari kita menghitung konsentrasi pembawa muatan. Kita mulai dengan elektron dalam pita konduksi.

Ini dihitung dengan mengalikan kepadatan negara oleh fungsi pekerjaan. Jika kita ingin mengetahui jumlah total elektron mobile, kita hanya perlu mengintegrasikan ini produk dari pita konduksi tepi melalui band. Persamaan yang sama digunakan untuk jumlah lubang di pita valensi. Namun, ingat bahwa lubang hanya elektron yang hilang di negara-negara tertentu di valensi pita.

Oleh karena itu, kita harus memperbanyak kepadatan negara diperbolehkan oleh salah satu dikurangi pendudukan fungsi, untuk mengetahui negara yang kosong. Sekali lagi, kita dapat mengintegrasikan produk ini untuk mendapatkan jumlah total lubang di pita valensi. Jika kita menggunakan pendekatan Boltzmann, kita dapat menghitung konsentrasi ini. Untuk elektron pada pita konduksi kita mendapatkan ekspresi ini dan untuk lubang di valensi Band kita mendapatkan ungkapan ini.

Saya tidak akan masuk ke penuh perhitungan karena Anda dapat menemukannya di buku teks. Ada dua parameter baru dalam persamaan untuk konsentrasi carrier, N_C dan N_V. Kami menyebutnya parameter ini kepadatan efektif konduksi dan pita valensi negara, masing-masing. Seperti yang Anda perhatikan mereka berbeda satu sama lain, karena massa efektif elektron berbeda dengan massa efektif lubang. Sekarang kita sampai ke properti penting dari semikonduktor: konsentrasi pembawa intrinsik atau n_i.

n_i kuadrat adalah sama dengan produk dari n, konsentrasi elektron yang menempati negara di pita konduksi, dan p konsentrasi lubang menduduki negara bagian di pita valensi. Produk ini dapat dihitung sebagai berikut. Dalam ekspresi disederhanakan kita dapat melihat bahwa n_i hanya tergantung pada celah pita, suhu dan kepadatan yang efektif negara. Dalam semikonduktor sepenuhnya intrinsik, karena n dan p adalah sama, mereka berdua sama

n_i. Untuk c-Si pada 300K n_i sama dengan 10 pangkat 10 per sentimeter kubik. Kami akan menggunakan nilai ini dalam banyak persamaan untuk datang, jadi pastikan untuk dicatat ke bawah. Grafik ini menunjukkan ketergantungan suhu konsentrasi pembawa muatan di intrinsik silikon. Hal ini dapat diharapkan bahwa, dengan meningkatnya suhu, lebih elektron sangat antusias dari valensi

ke pita konduksi sejak lebih banyak energi termal tersedia. Hal ini menjelaskan meningkatnya n_i. Dengan kuliah ini Anda telah belajar bagaimana untuk menentukan konsentrasi pembawa muatan dalam semikonduktor. Namun, metode ini hanya berlaku untuk semikonduktor intrinsik dalam kesetimbangan termal. Dalam video berikut pertama kita akan melihat bagaimana konsentrasi operator dapat dimanipulasi

oleh doping materi. Setelah itu kita akan bergerak analisis kami untuk situasi non-ekuilibrium.



Video Description

PV1x_2017_2.2.2_Carrier_concentrations-video.mp4