物理工学科3年次35

1、物理工学科年次物性工学概論第5回光半導体佐藤勝昭受講者声 宿題問題中式d=0p+e、d=0e+p。？（o)。宿題問題入力。 d=0e+p正。 半導体導電率温度（指数関数的）変化知思。実験係数。（k)係数rh=1/ne。密度n変化出。=ne通通導電率変化。受講者声 。(n,a)半導体透過光関係図鮮。（n)。（s)知。（m) 今実験助。説明図使。（m)実験同様内容理解役立(t) 実験週間早欲(a)実験対応、学習身付。受講者声 話詳聞。（t)習願。（y)一度説明欲。（, h）要望応。 波動関数使説明欲。(m)本日、構造補足資料配布。書、自分勉強。 全体的話。（t)話来。（y)基礎足。（s)半導体。（

2、s)半導体仕組。（i)療法受講者声 理解出来。（o)pn接合、透過光説明一度欲。発光店点滅見、興味。（s)半導体関意外。（a)半導体接合重要、何度繰返。 半導体最近興味出面白。(m) 身近話題盛込欲。（）最初方話。今後、身回取上。受講者声 光吸光度化学実験、吸光度調。（t) e=h波長関係=c/ 表。（t)yes.従e(ev)=hc/=1240/ (nm)表。 h=6.610-34, c=3 108,e=1.6 10-19代入確。 吸収端波長一度確認。（）受講者声 配布資料印刷悪。(u)図見困。（s)今回輪転機、。 出画欲。(t)自分印刷。 今日近意識授業受。（a)焦。（k）復習半導体何 半導

3、体抵抗率範囲 (佐藤越田：応用電子物性工学図4.2)復習半導体電気抵抗温度変化 金属半導体電気抵抗温度変化比較固体構造佐藤越田応用電子物性工学抜粋物質電気伝導分類 原子寄集電子 結晶周期構造構造状態密度 分布 詳、固体物理学、配布資料自習概念。以下駆足，部分紹介。補足資料半導体模型 半導体電気伝導温度変化構造最初説明，半導体模型 固体考方解説考，固体物性考上非常重要概念理解欲 考上、2。補足資料構造構造2 固体物理固体物理： ： 孤立原子電子軌道孤立原子電子軌道 近似近似 自由電子自由電子 近似近似補足資料原子寄集電子 孤立原子 希気体原子存在原子（孤立原子）中電子，量子力学教，主量子数n，方

4、位量子数l，磁気量子数m指定特定状態，値 珪素（si）例，孤立状態、図2(a)示, 3s軌道（含2重縮退）2個電子占有、3p軌道（含6重縮退）2個電子入3s23p2状態図2sisi補足資料原子寄集電子 原子集来 原子集固体作，電子原子内原子位置広原子数分電子軌道重 同軌道電子入，重合電子軌道僅形変同軌道入調整起 結果，得図2(b)示幅（）幅，電子原子内動回運動程度表 結晶限周期性持物質見固体共通概念。図2sisi補足資料原子寄集電子 原子間共有結合 原子接近，図2(c)示，共有結合，sp3軌道（含個軌道）固有状態，sp3反結合軌道集sp3結合軌道集分裂起 結果中間電子占範囲生呼 図2sisis

5、p3混成軌道補足資料原子寄集電子 絶縁性 原子個電子，低個結合軌道満，高個反結合軌道空 満価電子帯、空伝導帯。 下電子電界加速，加速高運動電子内押出，電子占状態，結局電子加速純粋本質的絶縁物図2価電子帯伝導帯補足資料原子寄集電子 理解金属半導体絶縁体 金属，絶対零度伝導帯部分的満，電界加速可能 金属半導体大電気伝導率持，関与数遥多 半導体絶縁体，絶対零度価電子帯電子満対伝導帯電子導電率無限小 絶縁物半導体導電率温度変化観点区別，単室温伝導率大程度違問題金属移動度，必半導体大値 補足資料結晶周期構造自由電子 電子平面波表自由電子状態極限出発，周期的並結晶原子核（力場）変化受考自由電子近似、，近似

6、。 近似，電子波表前提，原子並方周期的場合都合，理想結晶扱適近似 補足資料結晶周期構造自由電子 話簡単次元結晶，図5示原子等間隔列並鎖考結晶有限数原子巡回的境界条件成立 自由電子対方程式次式表(1)解平面波，exp(ikx)，形書k波数呼，電子波長k2/与解対応固有 (2) k二乗比例 電子e波数k対図6(a)exmh2222mkke2)(22補足資料結晶周期構造3関数 対，結晶存在，方程式 (3) 周期中電子波動関数，格子間隔周期持周期関数uk(x)振幅変調平面波表(4) 表定理，k(x)関数呼 exvxmh)(2222)exp()()(ikxxuxkk関数uk(x)周期a周期関数， uk(

7、x+a)=uk(x)(5)関係成立図7，関数空間的変動様子模式的表補足資料結晶周期構造空格子近似e-k曲線 結晶中電子関数表，極限（空格子近似），自由電子極限，式(2)， (6) 与，gv(x)周期a逆数整数倍， g逆格子g次元記述，逆格子呼 22)(2)(gkmkenag2結晶中電子自由電子異波数k，k任意逆格子g付加量対次関数図示図6(b) 補足資料結晶周期構造周期中e-k曲線 ，周期考慮，曲線対応波動関数，曲線対応波動関数間相互作用混起，固有値自由電子場合，図6(c)曲線交点（k/l整数倍位置）付近反発形 結果，得，一領域（）別，間示k=/l，第域境界大周期成分v1倍等 mk2/22mg

8、k2/22補足資料結晶周期構造6域境界付近波動関数 極大極小位置電子波動関数k対表状態,(9) 形波動関数対応，表状態，(10) 対応電子波数k=/a（第一域境界）付近，電子波長2a（格子定数倍）大，両波(11) ，互反対向進波，波同重率重合，定在波222/km)exp(1ikxc22/22/akmxakic)/2(exp2)a/xiexp(c),a/xiexp(c21補足資料結晶周期構造伝導帯底価電子帯頂波動関数 重合方， (12) 通，図8示，+原子位置，xna定在波腹対，-原子位置節 ，+原子核電荷位置大存在確率|+|2有，低，-原子原子中間大存在確率示，高 ，k=/a，曲線反発起原因)

9、a/xsin(ic),a/xcos(c222121補足資料復習半導体吸収端 光子e=heg小、価電子帯電子e=h得、伝導帯遷移、光吸収透過。 光子eg大、価電子帯電子伝導帯遷移、光吸収起。 吸収始端、吸収端吸収端、相当波長吸収端波長。吸収端波長長波長光透過。e/.e/.e./.ee/hce/hc/c6619834102411023981(ev)106022110997921062616(ev)(j)(m)価電子帯hegheg伝導帯ev1240nme/復習半導体光吸収間接吸収端ge, si, gap直接吸収端 insb, inp, gaas復習半導体透過光色1.5evcdsgaphgsgaas3

10、ev2.5ev2ev800nm800nm300nm300nmznseg=2eveg=2.2eveg=2.6eveg=3.5eveg=1.5ev白黄橙赤黒3.5ev4ev透過域復習半導体絵具色/causesofcolor/10.htmlmixed crystals of yellow cadmium sulfide cds and black cadmium selenide cdse, showing the intermediate-band-gap colors quiz：半導体透過光色半導体egevgnm- ge0.671851 si1.1111

11、17 gaas1.42 873 cdse1.74 712 gap2.26 549 cds2.42 512 znse2.67 463 gan3.39 366 zns3.68 337透過光色不透明不透明不透明赤橙黄淡黄無色透明無色透明-光半導体 半導体高光子光照射、光吸収、電子価電子帯伝導帯励起、価電子帯生成。 状態、平衡状態、励起光切励起電子価電子帯戻、再結合、基底状態戻。戻、励起状態持光放出場合、格子振動通熱場合。前者。 半導体価電子帯電子伝導帯励起方法、光照射、電界印加、電子注入、電子線照射。 光光励起：励起：(pl) 電子線電子線励起：励起：(cl) 電界電界励起：励起：(el) 注入注入

12、励起：注入形励起：注入形(led)例（） 蛍光体知。蛍光体、蛍光内側壁塗布。 蛍光、水銀気体中放電生紫外線管壁蛍光体励起、基底状態戻可視光線出現象用。 用蛍光体酸化物化物母体、発光中心希土類遷移元素添加。blue(srcabamg)5(po4)3cl：eugreenlapo4：ce,tbredy2o3：eu whiteca10(po4)6fcl：sb,mn例（）bluebamgal10o17：eugreenzn2sio4：mnred(y,gd)bo3：eupdp用蛍光体、酸化物母体、発光中心希土類遷移元素添加。 (pdp)微小電極間放電気体原子励起紫外線放出紫外線蛍光体励起可視光発光 pdp原

13、理蛍光似、極小蛍光無数並1枚画面作考。 赤、緑、青微小領域蛍光体塗分、各発光色対応、本電子銃用、別強度制御電子蛍光体励起発光。 蛍光体不純物添加半導体使。小林洋志発光物理（朝倉書店）crt用蛍光体bluezns：ag,al greenzns：cu,alredy2o2s：eu 例管(crt=cathode ray tube)蛍光体小林洋志発光物理（朝倉書店） 赤：y2o2s:eu 緑：zns:cu,al 青：zns:ag青緑赤400500600700波長nm発光強度例fed（電界放出型） fed、真空空間二。 、（陰極）（陰極）電界放出電子放。電子電極電極間電圧差生。 真空中放出電子（陽極）（陽

14、極）方向進、途中蛍光体衝突光放。、rgb三蛍光体一組発可視光、相当。用fed例無機 電子電界絶縁体/zns界面放出 電界加速移動 mn発光中心衝突発光中心衝突 発光中心電子系励起 励起状態光放出光放出基底状態基底状態戻tdkhp例有機 有機el、有機発光層金属電極透明電極構造。 金属電極透明電極間電圧加、有機分子上電荷対向電極向移動。移動中、電子出会、有機発光層中再結合、時放出。有機発光層発光。 (有機led)光産業技術振興協会hp 三洋電機hp注入型(led)led=light emitting diode 半導体pn接合順、電子pn境界付近導、再結合際発光。 発光効率高、熱出。 以前、青色

15、発光、窒化物系半導体開発、高効率青色発光市販。日亜青色led豊田合成3色led交通信号機変半導体接合n形形+-p形n形接合拡散起拡散電位差e拡散電位差+-led原理 接合順 電子、層注入 層注入 界面付近再結合型型再結合空間電荷層+-青色led発光350nm450nm550nm赤色led半導体(pl) 光子(heg)入射 価電子帯伝導帯電子遷移 伝導帯電子、価電子帯生成 電子、移動 再結合差光子放出伝導帯価電子帯光吸収光放出背伸(pl)過程半導体pl間直接再結合、不純物準位介再結合過程。1. 間直接再結合(band to band)2. 不純物準位間再結合(free to bound)3. 対

16、再結合(dap)4. 励起子再結合(ex)5. 原子内（局在準位間）再結合(intra-atomic)背伸間直接遷移発光 伝導帯電子価電子帯直接再結合伝導帯価電子帯背伸不純物準位間遷移伝導帯価電子帯伝導帯価電子帯伝導帯価電子帯 伝導帯電子、束縛再結合free to bound transition (fb) 束縛電子価電子帯再結合bound to free transition (bf)背伸対再結合 捉電子捉再結合伝導帯価電子帯光放出背伸4.励起子再結合 自由励起子（電子力束縛状態） 束縛励起子(電子束縛状態)自由励起子 電子力束縛状態電子1102224222*11822herrrhrbheb

17、gnmmmmmehmeemmmmkneee電子伝導帯価電子帯解離-eb伝導帯伝導帯価電子帯価電子帯eg-eb/4n=1n=2en背伸原子内再結合 半導体酸化物中添加希土類4f軌道遷移金属3d軌道原子付近局在、多電子状態作。 d電子、電子関与内殻遷移蛍光体利用。基底状態励起状態4t14t24a1zns:mn2+eg予告 指定席着席 学生証机上提示 電卓持参 a4紙枚自筆書（）(記名提出) 出題範囲：金属半導体 勉強：金属性質、drude法則、半導体透過色、半導体用途、周期表元素第回問題 led原理説明。 （：接合、順、再結合）$rzowkthqembj7g4d1z-w*t!qymvjsgodla

18、i6f3b0y)v%s#pxluiqfnck8h5e2a+x*u$rznwkthpembj7g4c1z-w&t&t!pymvjrgodl9i6f3b0y(v%s#oxluiqfnbk8h5d2a+x*u$qznwkshpemaj7f4c1z)w&t!pymujrgocl9i6e3b+y(v%r#oxltiqenbk8g5d2a-x*u$qznvkshpdmaj7f4c0z)w&s!pymujrfocl9h6e3b+y(u%r#owltiqenbj8g5d1a-x*t$qynvksgpdmai7f3c0z)v&s!pxmujrfock9h6e2b+y(u%

19、rzowlthqenbj8g4d1a-w*t$qynvjsgpdlai7f3c0y)v&s#pxmuirfnck9h5e2b+x(u$rzowkthqembj7g4d1z-w*t!qynvjsgodlai6f3c0y)v%s#pxluirfnck8h5e2a+x(u$rznwkthpembj7g4c1z-w&t!qymvjrgodl9i6f3b0y(v%s#oxluiqfnck8h5d2a+x*u$rznwkshpemaj7g4c1z)w&t!pymvjrgocl9i6e3b0y(v%r#oxltiqfnbk8g5d2a-x*u$qznvkshpdmaj7f4c0z)w

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