Đang tải... (xem toàn văn)
Các chất bán dẫn điện
Baøi 7 Nuoâi Nuoâi ñ ñ ôn tinh the ôn tinh the å å Ge Ge Đònh nghóa Chất bán dẫn làcác chất cóđộđộdẫn điện σ nằm trong khoảng từ 10 -10 Ω -1 cm -1 ( điện môi) đến 10 4 ÷ 10 6 Ω -1 cm -1 ( kim loại) σ của chất bán dẫn phụthuộc nhiều vào các yếu tốbên ngoài nhưnhiệt độ,áp suất,điện trường,từtrường,tạp chất I. Ca I. Ca ù ù c cha c cha á á t ba t ba ù ù n dẫn n dẫn đ đ ie ie ä ä n n Tạp chất làm thay đổi rất nhiều độdẫn điện của các chất bán dẫn Pha tạp chấtBovào tinh thểSi theo tỷlệ1 : 10 5 làm tăng độdẫn điện của Si lên1000lần ởnhiệt độphòng. 12 160 0,9 22 0,2 2,3 9.10 -3 0,3 2,1.10 -3 3,5.10 -2 2,9.10 -4 8,0.10 -3 40 180 4,5 12 0,6 1,8 0,1 0,3 2,5.10 -2 6,2.10 -2 6.10 -3 1,2.10 -2 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 7.10 7 2.10 5 n i GaAs N P Si N P Nồng độ tạp chất ( cm -3 ) Sựphụthuộc của điện trởsuất ρ (Ωcm)của Si vàGaAs vào nồng độtạp chất ở300K Sựphụthuộc của điện trởsuất vào nồng độtạp chất Sựphụthuộccủiệntrởvàonhiệtđộ • Kim loại :Điện trởsuất phụthuộcnhiệtđộgầnnhưtuyếntính với ρ T = điện trởsuất ởnhiệt độT ( o C) ρ o = điện trởsuất ởmột nhiệt độtham chiếu nào đó T o ( thườnglà0 hoặc20 o C) và α T = hệsốnhiệtcủiệntrởsuất. • Sựbiến thiên của điện trởtheo nhiệt độ [ ] ) T T ( 1 oo TT − + = α ρ ρ [ ] ) T T ( 1 R R oo TT − + = α [...]... 99,999999999% Các chất bán dẫn hợp chất Chất bán dẫn hợp chất ( AxB8-x ) : Chất bán dẫn nhiều thành phần : AlGaAs, InGaAsN , II Tạp chất trong các chất bán dẫn Tạp chất thay thế Tạp chất điền khích Tạp chất trong các chất bán dẫn : Tạp chất đô no và ac-xep-to Chu kỳ Nhóm Ac-xep-to Đô-no 1) Tạp chất thuộc nhóm V trong chất bán dẫn nhóm IV Mô hình nguyên tử Hydro của Bohr -e Ion+ Độ lớn của bán kính Bohr... ac-xep-to Ec Eg Mức ac-xep-to Ev Ec Ev Chất bán dẫn loại P : chất bán dẫn có chứa tạp chất ac-xep-to p >> n Hạt tải điện cơ bản : lỗ trống Hạt tải điện không cơ bản : electron Bán dẫn loại P Các mức năng lượng tạp chất III Nồng độ các hạt tải điện trong chất bán dẫn Nồng độ hạt tải điện ( no và po ) trong điều kiện cân bằng Với chất bán dẫn điện bất kỳ ( riêng hoặc tạp chất ) trong điều kiện cân bằng ở... K Ln n ND3 ND2 ND1 0 dẫn điện riêng 1/2kT dẫn điện tạp chất 2) Tạp chất thuộc nhóm III trong chất bán dẫn nhóm IV Sự xuất hiện các mức năng lượng tạp chất trong vùng cấm Khi đưa các nguyên tử tạp chất thuộc nhóm III vào Ge hay Si, trong vùng cấm xuất hiện các mức năng lượng nằm không xa đỉnh vùng hóa trò Tạp chất có thể cung cấp lỗ trống dẫn điện : tạp chất ac-xep-to và mức tạp chất được gọi là mức... năng lượng tạp chất đô-no Ec Ev Chất bán dẫn loại N : chất bán dẫn có chứa tạp chất đôno n >> p Hạt tải điện cơ bản : electron Hạt tải điện không cơ bản : lỗ trống Sự phụ thuộc của nồng độ electron dẫn vào nhiệt độ Silicon chứa 1,15 x 1016 nguyên tử As / cm3 Germanium chứa 7,5 x 1015 nguyên tử As / cm3 Sự phụ thuộc của nồng độ electron dẫn vào nhiệt độ miền dẫn điện tạp chất miền dẫn điện riêng Ed n... nguyên tử tạp chất thuộc nhóm V Trên thực tế, năng lượng đó có khác nhau với các tạp chất khác nhau, nhưng sự sai khác đó không lớn lắm Sự xuất hiện các mức năng lượng tạp chất trong vùng cấm Khi đưa các nguyên tử tạp chất thuộc nhóm V vào Ge hay Si, trong vùng cấm xuất hiện các mức năng lượng nằm không xa đáy của vùng dẫn Tạp chất có thể cung cấp điện tử dẫn điện : tạp chất đô-no và mức tạp chất được... 1 , EH = - 13,6 eV Năng lượng ion hóa tạp chất đô-no mn e 4 Ei = − 2( 4 oε r η) 2 Năng lượng ion hóa tạp chất đô-no Ei = − Chất bán dẫn Ge Si InSb InAs InP GaSb GaAs mn e 2( 4 4 13 ,6 mn 1 =− 2 ε r η) 2 n mo ε r2 o Eg (eV) ở 273 K 0,67 1,14 0,16 0,33 1,29 0,67 1,39 m*/mo Electron Ltrống 0,2 0,3 0,33 0,5 0,013 0,6 0,02 0,4 0,07 0,4 0,047 0,5 0,072 0,5 Hằng số điện môi 16 12 18 14,5 14 15 13 Ge : mn =... electron : Ec’ Vùng dẫn Ec Nồng độ lỗ trống : Ev Vùng hóa trò Ev’ Đơn vò của no và po [ cm -3] 1) Nồng độ electron trong vùng dẫn Ec ' no = ∫ g(E ) f (E )dE Ec g(E) là mật độ trạng thái g( E ) = 4 ( 2 mn h2 ) 3 / 2 ( E − Ec ) 1 / 2 mn là khối lượng hiệu dụng của electron trong vùng dẫn , Ec là năng lượng ở đáy của vùng dẫn và hàm phân bố f (E) 1 E EF exp kT 1 Nồng độ electron trong vùng dẫn : no = 4 ( 2... 0 ) Chọn gốc tính năng lượng ở đáy vùng dẫn : Ec = 0 2 Với chất bán dẫn không suy biến : Ec – EF >> kT Có thể dùng gần đúng sau : no = 4 3 2 mn 2 ( 2 ) h EF − E f ( E ) exp kT EF exp kT ∞ ∫ 0 1 E2 E exp− dE kT no = 4 =4 3 2 mn 2 ( 2 ) h 3 2mn kT 2 ( ) 2 h với EF exp kT EF exp kT ∞ ∫ 1 E2 0 ∞ ∫ E exp − dE = kT 1 x 2 e − x dx 0 E x= kT Theo đònh nghóa và tính chất của hàm Gamma : ∞ (n) = ∫ x n−1e − x... cơ bản là 3 1 1 ψ (r ) = exp[−r / a0 ] a0 2 Bán kính Bohr : a0 = 4 r oη2/mee2 xác đònh độ mở rộng về không gian của hàm sóng Nguyên tử Hydrogen : ( r = 1 ) ao = 0,53 A Mô hình nguyên tử Hydro của Bohr Năng lượng liên kết EH mo e 4 2( 4 1 η)2 n 2 o 13 ,6 n2 ( eV ) mo - khối lượng của electron tự do e - điện tích của electron εo - hằng số điện môi của chân không h - hằng số Planck n - số lượng... no = 4 4 3 2mn kT 2 ( ) 2 h no = 2( Nc 2( h 2 h 2 = EF 3 exp × ( ) kT 2 h 2 mn kT kT ∫ 0 3 mn kT 2 ) 2 3 )2 exp ∞ 1 EF x 2 e − x dx E F − Ec EF ) exp = N c exp( kT kT mật độ trạng thái rút gọn của vùng dẫn 2 mn kT N c = 2 2 h 3/ 2 = 4 ,831.10 m o 15 mn 3/ 2 T 3 / 2 (cm − 3 ) . nghóa Chất bán dẫn l các chất cóđộđ dẫn điện σ nằm trong khoảng từ 10 -10 Ω -1 cm -1 ( điện môi) đến 10 4 ÷ 10 6 Ω -1 cm -1 ( kim loại) σ của chất bán dẫn phụthuộc nhiều vào các yếu tốbên. suất ,điện trường,từtrường,tạp chất I. Ca I. Ca ù ù c cha c cha á á t ba t ba ù ù n dẫn n dẫn đ đ ie ie ä ä n n Tạp chất làm thay đổi rất nhiều đ dẫn điện của các chất bán dẫn Pha tạp chấtBovào. hơn 1,2 m. Đơn tinh thểSi đường kính 30 cm độsạch 99,999999999% Cácchấtbándẫnhợpchất Chất bán dẫn hợp chất( A x B 8-x ) : Chất bán dẫn nhiều thành phần : AlGaAs, InGaAsN , II. Ta II. Ta ù ù p