المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01

مفهـوم سـتراتيجـية الاعمـال Business Strategy
6-5-2022
إن ملأتم بطونكم من الحلال توشكون أن تملؤوها من الحرام
17-7-2017
[شخصية يزيد الواهنة]
7-4-2016
حُلم الإمام الصادق (عليه السلام)
16-10-2015
Lamé,s Theorem
19-8-2020
الخواص البصرية للبلورات
2023-09-19

The n0 and p0 Equations  
  
1793   10:23 صباحاً   date: 17-5-2017
Author : Donald A. Neamen
Book or Source : Semiconductor Physics and Devices
Page and Part : p 106


Read More
Date: 17-10-2020 1387
Date: 21-10-2020 1098
Date: 17-5-2017 3077

The n0 and p0 Equations

We have argued that the Fermi energy for an intrinsic semiconductor is near midgap In deriving the equations for the thermal-equilibrium concentration of electrons n0 and the thermal-equilibrium concentration of holes p0. we will not be quite so restrictive. We will see later that, in particular situations, the Fermi energy can deviate from this midgap energy. We will assume initially, however, that the Fermi level remains within the bandgap energy.

(1)

The equation for the thermal-equilibrium concentration of electrons may be found by integrating Equation (1) over the conduction band energy, or

(2)

The lower limit of integration is Ec and the upper limit of integration should be the top of the allowed conduction band energy. However, since the Fermi probability function rapidly approaches zero with increasing energy, we can take the upper limit of integration to be infinity.

We are assuming that the Fermi energy is within the for hidden-energy bandgap For electrons in the conduction hand, we have E > Ec . If (Ec - EF) >> k T, then (E - EF) >> kT, so that the Fermi probability function reduces to the Boltzmann approximation, which is

(3)

Applying the Boltzmann approximation to Equation (2), the thermal-equilibrium density of electrons in the conduction band is found from

(4)

The integral of Equation (4) may be solved more easily by making a change of variable. If we let

(5)

then Equation (4) becomes

(6)

The integral is the gamma function, with a value of

(7)

Then Equation (6) becomes

(8)

We may define a parameter Nc as

(9)

so that the thermal-equilibrium electron concentration in the conduction band can be written as

(10)

The parameter Nc is called the effective density of states function in the conduction band. If we were to assume that m*n = m0, then the value of the effective density of states function at T = 300 K is Nc = 2.5 × 10-19 cm-3, which is the order of magnitude of Nc for most semiconductors. If the effective mass of the electron is larger or smaller than m0, then the value of the effective density of states function changes accordingly, but is still of the same order of magnitude.

The thermal-equilibrium concentration of holes in the valence band over the valence band energy, or

(11)

We may note that

(12a)

For energy states in the valence band, E < Ev. If (EFEv) >> kT (the Fermi function is still assumed to be within the bandgap), then we have a slightly different form of the Boltzmann approximation. Equation (12a) may be written as

(12b)

Applying the Boltzmann approximation of Equation (12b) to Equation (11), we find the thermal-equilibrium concentration of holes in the valence band is

(13)

where the lower limit of integration is taken as minus infinity instead of the bottom of the valence hand. The exponential term decays fast enough so that this approximation is valid.

Equation (13) may be solved more easily by again making a change of variable. If we let

(14)

then Equation (13) becomes

(15)

where the negative sign comes from the differential dE = - k T d η' . Note that the lower limit of η' becomes +∞ when E = -∞. If we change the order of integration, we introduce another minus sign. From Equation (7). Equation (15) becomes

(16)

We may define a parameter Nv as

(17)

which is called the effective density of states ,function in the valence hand. The thermal-equilibrium concentration of holes in the valence band may now be written as

(18)

The magnitude of Nv is also on the order of 1019 cm-3 at T = 300 K for most semiconductors The effective density of states functions, Nc and Nv, are constant for a given semiconductor material at a fixed temperature. Table 1.1 gives the values of the density of states function and of the effective masses for silicon, gallium arsenide, and germanium. Note that the value of Nc for gallium arsenide is smaller than the typical 1019 cm-3 value. This difference is due to the small electron effective mass in gallium arsenide.

The thermal equilibrium concentrations of electrons in the conduction band an of holes in the valence band are directly related to the effective density of states constants and to the Fermi energy level.

Table 1.1 Effective density of states function and effective mass values.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.