Funktionswerkstoffe. supraleitend. Halbleiter. Elektronische Eigenschaften - Einleitung
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- Lothar Fromm
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1 Funktionswerkstoffe Elektronische Eigenschaften - Einleitung Bandstruktur Elektronenverteilung (Fermi-Dirac) Elektronenbeweglichkeit und Leitfähigkeit Metalle Elektronenanregung Leitfähigkeitsänderungen Defekte Legieren Ordnungszustände Halbleiter Elektronenanregung Fermi-Dirac-Verteilung intrisische/extrinsische Halbleiter Leitfähigkeit Hall-Effekt p-n-übergang Transistor Supraleitung 1. Art und 2. Art Dielektrika Kapazität elektrischer Dipol Polarisation Ferroelektrizität - Einführung Piezoelektrizität - Einführung Elektronische Eigenschaften - Einleitung Elektrische Leitung: isolierend, halbleitend, metallisch, supraleitend
2 Elektronische Eigenschaften - Einleitung II Optische Eigenschaften: Absorption, Emission, Verstärkung, Modifikation und Modulation von Licht laser mirror prism window SHG glass fibre Elektronische Eigenschaften - Einleitung III Magnetische Eigenschaften: Paramagnetismus, Ferromagnetismus, Antiferromagnetismus, Ferrimagnetismus, Diamagnetismus IBM
3 Elektronische Eigenschaften - Einleitung IV Oberflächeneigenschaften: Katalyse, Elektrochemie Bandstruktur
4 Bandstruktur II Bandstruktur III Bsp.: Cu Mg Leiter Isolator Halbleiter
5 Elektronenverteilung N(E) valence band band gap conduction band N(E) Fermi level E E F E Fermi-Dirac-Verteilung 1 f (E) = Fermi-Dirac 1 + exp [ (E - E F ) / kt ] distribution
6 Fermi-Dirac-Verteilung II steigt mit T: T=0 < T 1 < T 2 f (E ) Energie diese Bereiche definieren viele elektronische Eigenschaften: z.b. elektronische spezifische Wärme Fermi-Dirac-Verteilung III Breite ca. 4 kt 4kT bei Raumtemp. enspricht 4kT ca. 0.1 ev gesamte Breite meist mehrere ev f (E ) nur wenige e- sind thermisch aktiviert Energie Fermi-Niveau ist fundamental: thermodynamisch-chemisches Potential für e- in Festkörpern Metalle in Kontakt: Ladungsaustausch bis E F 's gleich
7 Elektronenbeweglichkeit Elektrische Leitfähigkeit verschiedener Materialien
8 Metalle Elektronenanregung im Metall
9 Leitfähigkeit von Metallen Leitfähigkeit von Metallen II
10 Leitfähigkeit von Metallen III Bildung von Überstrukturen Halbleiter
11 Elektronenanregung im Halbleiter Fermi-Dirac-Verteilung im Halbleiter Ferminiveau liegt im Band-Gap VB E F LB rein Fermi-Dirac Verteilung E F n-dotiert E F p-dotiert
12 Fermi-Dirac-Verteilung im Halbleiter II unteres Ende des Leitungsbandes: E - E F = E gap / 2 E - E F normalerweise viel größer als kt 1 f (E) = 1 + exp [ (E - E F ) / kt ] Exponent dominiert Anzahl angeregter e-: n exp (-E gap / 2kT) intrinsisches Verhalten reiner Materialien Arhhenius Verhalten intrinsische Halbleiter
13 intrinsische Halbleiter II intrinsische Halbleiter III Leitung
14 extrinsische Halbleiter Donatoren (n-dotiert) Akzeptoren (p-dotiert) Donatoren
15 Donatoren II Akzeptoren
16 Akzeptoren II Leitfähigkeit von Halbleitern intrinsisch extrinsisch
17 Leitfähigkeit von Halbleitern II Leitfähigkeit von Halbleitern III
18 Hall-Effekt Hall-Effekt II
19 p-n-übergang p-n-übergang II
20 Transistor Supraleitung
21 Meissner-Effekt Theoretische Modelle
22 Supraleitertypen Supraleiter 1. Art: perfekter Diamagnetismus bis zur kritischen Feldstärke H c ist sehr klein ( < mt ) Supraleiter 2. Art: Flusslinien oder Strudel dringen ab H c1 ein, bis H c2 erreicht wird H c2 kann Werte bis 200T erreichen! Phasendiagramm eines Supraleiters 2. Art die beiden kritischen Feldstärken sind jeweils eine Funktion der Temperatur: H c = H c (0)[1-(T/T c ) 2 ]
23 Kritische Parameter der Supraleitung Ausgewählte Supraleiter
24 Entwicklung der Supraleiter Dielektrika
25 Kapazität elektrotechnisch physikalisch Kapazität II
26 elektrischer Dipol el. Dipolmoment Dielektrische Konstante und Polarisation
27 Dielektrische Konstante und Polarisation II Polarisationsarten elektronische Polarisation ionische Polarisation Orientierungspolarisation
28 elektronische Polarisation ionische Polarisation p
29 Orientierungspolarisation p Frequenzabhängigkeit der dielektrischen Konstante
30 Frequenzabhängigkeit der dielektrischen Konstante II Ferroelektrizität - Einführung
31 Piezoelektrizität - Einführung
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