SLIDE 1
PVMD
Delft University of Technology
Introduc)on ¡to ¡semiconductor ¡physics ¡
Miro ¡Zeman ¡
Applica)ons ¡of ¡semiconductors ¡
Diodes ¡ Transistors ¡ Integrated ¡ circuits ¡ Solar ¡cells ¡
PVMD Delft University of Technology Applica)ons of semiconductors - - PowerPoint PPT Presentation
PVMD Delft University of Technology Applica)ons of semiconductors - - PowerPoint PPT Presentation
Introduc)on to semiconductor physics Miro Zeman PVMD Delft University of Technology Applica)ons of semiconductors Solar cells Transistors Integrated Diodes circuits Semiconductor
SLIDE 2
SLIDE 3
Semiconductor ¡ proper1es ¡ ¡
SLIDE 4
Semiconductors ¡
Semiconductor ¡
A ¡material ¡whose ¡electrical ¡conduc1vity ¡is ¡lower ¡than ¡ conductors ¡and ¡higher ¡than ¡insulators. ¡
¡ ¡
Electrical ¡conduc)vity ¡
§ Conductors ¡(σ ¡> ¡104 ¡Ω-‑1cm-‑1) ¡ § Semiconductors ¡(104 ¡Ω-‑1cm-‑1 ¡> ¡σ ¡> ¡10-‑8 ¡Ω-‑1cm-‑1) ¡ § Insulators ¡(σ ¡< ¡10-‑8 ¡Ω-‑1cm-‑1) ¡ ¡
SLIDE 5
¡ ¡
Doping ¡
Doping ¡
Process ¡used ¡to ¡manipulate ¡the ¡concentra1on ¡of ¡mobile ¡charge ¡ carriers ¡in ¡a ¡semiconductor. ¡
§ Si ¡atoms ¡in ¡the ¡crystal ¡laKce ¡are ¡replaced ¡by ¡
- ther ¡elements. ¡
§ Dopant ¡atoms ¡for ¡Si ¡have ¡three ¡(p-‑type) ¡or ¡five ¡ ¡ (n-‑type) ¡valence ¡electrons. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡
SLIDE 6
Energy ¡band ¡diagram ¡
Band ¡diagrams ¡
Useful ¡representa1ons ¡of ¡the ¡allowed ¡energy ¡states ¡for ¡an ¡ electron ¡in ¡a ¡material. ¡
Robert ¡F. ¡Pierret ¡& ¡Gerold ¡W. ¡Neudeck, ¡Semiconductor ¡Fundamentals, ¡Volume ¡I ¡of ¡Modular ¡Series ¡on ¡Solid ¡State ¡Devices, ¡1st ¡edi1on, ¡page ¡21 ¡
SLIDE 7
Transport ¡mechanisms ¡
A ¡net ¡charge ¡carrier ¡transport ¡requires:
§ ¡Electric ¡field ¡-‑> ¡Dri@ ¡ § ¡Concentra1on ¡gradient ¡-‑> ¡Diffusion ¡
Diffusion ¡ Dri@ ¡
SLIDE 8
Genera1on ¡and ¡ recombina1on ¡
SLIDE 9
Photo-‑genera)on ¡ ¡
Electrons ¡and ¡holes ¡are ¡generated ¡by ¡absorp1on ¡of ¡photon ¡energy ¡higher ¡or ¡ equal ¡to ¡the ¡band-‑gap ¡energy. ¡ EC EV Eph EG
Creation of an electron-hole pair Eph ≥ EG
EC EV EG
Non absorption Eph < EG
Eph
SLIDE 10
Charge ¡carriers ¡recombina)on ¡
Photo-‑generated ¡electron-‑hole ¡pairs ¡may ¡be ¡lost ¡due ¡to ¡recombina1on ¡
- processes. ¡
EC EV
x
Radia)ve ¡ Shockley-‑ Read-‑Hall ¡ EC EV
x
EC EV
x
Auger ¡
SLIDE 11
P-‑N ¡Junc1on ¡
SLIDE 12
P-‑N ¡Junc)on ¡ ¡
n-‑type ¡ EF ¡ EV ¡ EC ¡ p-‑type ¡ EF ¡ EC ¡ EV ¡
SLIDE 13
Band ¡diagram ¡of ¡a ¡PN-‑Junc)on ¡
EF ¡ EC ¡ EV ¡ EC ¡ EV ¡ EF ¡ diffusion ¡ dri@ ¡ n-‑type ¡ p-‑type ¡
SLIDE 14
Metal-‑Semiconductor ¡ junc1on ¡
SLIDE 15
Front ¡contacts ¡
Building ¡up ¡a ¡solar ¡cell ¡
p-‑type ¡c-‑Si ¡ Back ¡contact ¡ p++-‑type ¡c-‑Si ¡ n-‑type ¡c-‑Si ¡
SLIDE 16
Metal-‑Semiconductor ¡junc)ons ¡
EF ¡ Evac ¡ EF ¡
§ Understand ¡the ¡band ¡structures ¡
- f ¡metals ¡
§ Vacuum ¡level ¡ § Work ¡func1on ¡ ¡ § Electron ¡affinity ¡
§ How ¡to ¡make ¡a ¡metal-‑ semiconductor ¡junc1on ¡ § Look ¡at ¡the ¡difference ¡between ¡ an ¡ohmic ¡and ¡Schocky ¡junc1ons ¡