Chương 2: Bán dẫn Chương BÁN DẪN 2.1 Lý thuyết dải lượng 2.1.1 Mức lượng dải lượng Ta biết vật chất đƣợc cấu tạo từ nguyên tử (đó thành phần nhỏ ngun tố mà cịn giữ ngun tính chất ngun tố đó) Theo mơ hình nhà vật lý Anh Rutherford (1871-1937), nguyên tử gồm có nhân mang điện tích dƣơng (Proton mang điện tích dƣơng Neutron trung hoà điện) số điện tử (electron) mang điện tích âm chuyển động chung quanh nhân chịu tác động lực hút nhân Nguyên tử ln ln trung hồ điện tích, số electron quay chung quanh nhân số proton chứa nhân - điện tích proton điện tích electron nhƣng trái dấu) Điện tích electron -1,602.10-19 C (Coulomb), điều có nghĩa để có đƣợc Coulomb điện tích phải có 6,242.1018 electron điện tích điện tử đo đƣợc trực tiếp nhƣng khối lƣợng điện tử đo trực tiếp đƣợc Tuy nhiên, ngƣời ta đo đƣợc tỉ số điện tích khối lƣợng (e/m), từ suy đƣợc khối lƣợng điện tử mo=9,1.10-31 Kg v2 me  m0 /  c Đó khối lƣợng điện tử chuyển động với vận tốc nhỏ so với vận tốc ánh sáng (c=3.108 m/s) Khi vận tốc điện tử tăng lên, khối lƣợng điện tử đƣợc tính theo cơng thức Lorentz-Einstein: Mỗi điện tử chuyển động đƣờng tròn chịu gia tốc xuyên tâm Theo thuyết điện từ chuyển động có gia tốc, điện tử phải phát lƣợng Sự lƣợng làm cho quỹ đạo điện tử nhỏ dần sau thời gian ngắn, điện tử rơi vào nhân Nhƣng thực tế, hệ thống hệ thống bền theo thời gian Do đó, giả thuyết Rutherford không đứng vững Nhà vật lý học Đan Mạch Niels Bohr (1885- 1962) bổ túc giả thuyết sau:  Có quỹ đạo đặc biệt, điện tử di chuyển mà không phát lƣợng Tƣơng ứng với quỹ đạo có mức lƣợng định Ta có quỹ đạo dừng Chương 2: Bán dẫn  Khi điện tử di chuyển từ quỹ đạo tƣơng ứng với mức lƣợng w1 sang quỹ đạo khác tƣơng ứng với mức lƣợng w2 có tƣợng xạ hay hấp thu lƣợng Tần số xạ (hay hấp thu) f  w2  w1 h Trong đó, h=6,62.10-34 J.s (hằng số Planck)  Trong quỹ đạo dừng, moment động lƣợng điện tử bội số h  2 Moment động lƣợng: m.v.r  n h  n 2 Hình 2.1 Mơ hình ngun tử hydro Với giả thuyết trên, ngƣời ta dự đoán đƣợc mức lƣợng nguyên tử hydro giải thích đƣợc quang phổ vạch Hydro, nhƣng khơng giải thích đƣợc nguyên tử có nhiều điện tử Nhận thấy đối tính sóng hạt, Louis de Broglie (Nhà vật lý học Pháp) cho liên kết hạt điện khối lƣợng m, chuyển động với vận tốc v bƣớc sóng = h mv Chương 2: Bán dẫn Trong giải phƣơng trình Schrodinger để tìm lƣợng điện tử nguyên tử nhất, ngƣời ta thấy trạng thái lƣợng electron phụ thuộc vào số nguyên gọi số nguyên lƣợng  Số nguyên lƣợng xuyên tâm (Số nguyên lƣợng chính) Xác định kích thƣớc quỹ đạo n=1,2,3,…7  Số nguyên lƣợng phƣơng vị: (Số nguyên lƣợng phụ) Xác định hình thể quỹ đạo l=1,2,3,…,n-1  Số nguyên lƣợng từ Xác định phƣơng hƣớng quỹ đạo ml=0, l,…, l  Số nguyên lƣợng Spin Xác định chiều quay electron ms   Trong hệ thống gồm nhiều nguyên tử, số nguyên lƣợng tuân theo nguyên lý ngoại trừ Pauli Nguyên lý cho rằng: hệ thống khơng thể có trạng thái ngun lƣợng giống nhau, nghĩa khơng thể có hai điện tử có số ngun lƣợng hồn tồn giống 2.1.2 Phân bố điện tử nguyên tử theo lượng Tất nguyên tử có số nguyên lƣợng n hợp thành tầng có tên K,L,M,N,O,P,Q ứng với n=1,2,3,4,5,6,7 Ở tầng, điện tử có số l tạo thành phụ tầng có tên s, p, d, f tƣơng ứng với l =0,1,2,3  Tầng K (n=1) có phụ tầng s có tối đa điện tử  Tầng L (n=2) có phụ tầng s có tối đa điện tử phụ tầng p có tối đa điện tử  Tầng M (n=3) có phụ tầng s (tối đa điện tử), phụ tầng p (tối đa điện tử) phụ tầng d (tối đa 10 điện tử)  Tầng N (n=4) có phụ tầng s (tối đa điện tử), phụ tầng p (tối đa điện tử), phụ tầng d (tối đa 10 điện tử) phụ tầng f (tối đa 14 điện tử) Nhƣ vậy:  Tầng K có tối đa điện tử  Tầng L có tối đa điện tử  Tầng M có tối đa 18 điện tử Chương 2: Bán dẫn  Tầng N có tối đa 32 điện tử  Các tầng O,P,Q có phụ tầng có tối đa 32 điện tử Ứng với phụ tầng có mức lƣợng mức lƣợng đƣợc xếp theo thứ tự nhƣ sau: Hình 2.2 Phân bố điện tử nguyên tử theo lượng Khi khơng bị kích thích, trạng thái lƣợng nhỏ bị điện tử chiếm trƣớc (gần nhân hơn) hết chỗ sang mức cao (xa nhân hơn) Thí dụ: nguyên tử Na có số điện tử z=11, có phụ tầng 1s,2s,2p bị điện tử chiếm hoàn tồn nhƣng có điện tử chiếm phụ tầng 3s Cách biểu diễn Chương 2: Bán dẫn Hình 2.3 Mơ hình ngun tử Na, Si, Ge Lớp bão hồ: Một phụ tầng bão hồ có đủ số điện tử tối đa Một tầng bão hoà phụ tầng bão hoà Một tầng bão hoà bền, khơng nhận thêm khó điện tử Tầng cùng: Trong nguyên tử, tầng không chứa điện tử Nguyên tử có điện tử tầng ngồi bền vững (trƣờng hợp khí trơ) Các điện tử tầng ngồi định hầu hết tính chất hoá học nguyên tố 2.1.3 Dải lượng (Energy bands) Những cơng trình khảo cứu tia X chứng tỏ hầu hết chất bán dẫn dạng kết tinh Tính chất dẫn điện vật liệu rắn đƣợc giải thích nhờ lý thuyết vùng lƣợng Nhƣ ta biết, điện tử tổn nguyên tử mức lƣợng gián đoạn (các trạng thái dừng) Nhƣng chất rắn, mà nguyên tử kết hợp lại với thành khối, mức lƣợng bị phủ lên nhau, trở thành vùng lƣợng có ba vùng Chương 2: Bán dẫn Ta khảo sát tinh thể bất kỳ, lƣợng điện tử đƣợc chia thành dải Dải lƣợng cao bị chiếm gọi dải hoá trị, dải lƣợng thấp chƣa bị chiếm gọi dải dẫn điện Khoảng cách hai dải lƣợng gọi dải cấm Vùng hóa trị (valence band): Là vùng có lƣợng thấp theo thang lƣợng, vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử khơng linh động Vùng dẫn (Conduction band): Vùng có mức lƣợng cao nhất, vùng mà điện tử linh động (nhƣ điện tử tự do) điện tử vùng điện tử dẫn, có nghĩa chất có khả dẫn điện có điện tử tồn vùng dẫn Tính dẫn điện tăng mật độ điện tử vùng dẫn tăng Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm vùng hóa trị vùng dẫn, khơng có mức lƣợng điện tử khơng thể tồn vùng cấm Nếu bán dẫn pha tạp, xuất mức lƣợng vùng cấm (mức pha tạp) Khoảng cách đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị gọi độ rộng vùng cấm, hay lƣợng vùng cấm (Band Gap) Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất dẫn điện khơng dẫn điện Hình 2.4 Dải lượng Nhƣ vậy, tính dẫn điện chất rắn tính chất chất bán dẫn lý giải cách đơn giản nhờ lý thuyết vùng lƣợng nhƣ sau Kim loại có vùng dẫn vùng hóa trị phủ lên (khơng có vùng cấm) ln ln có điện tử vùng dẫn mà kim loại luôn dẫn điện Các chất bán dẫn có vùng cấm có độ rộng xác định Ở không độ tuyệt đối (0 K), mức Fermi nằm vùng cấm, có nghĩa tất điện tử tồn vùng hóa trị, chất bán dẫn không dẫn điện Khi tăng dần nhiệt độ, điện tử nhận đƣợc lƣợng nhiệt (kB.T với kB số Boltzmann) nhƣng lƣợng chƣa đủ để điện tử vƣợt qua vùng cấm nên điện tử vùng hóa trị Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao, có số Chương 2: Bán dẫn điện tử nhận đƣợc lƣợng lớn lƣợng vùng cấm nhảy lên vùng dẫn chất rắn trở thành dẫn điện Khi nhiệt độ tăng lên, mật độ điện tử vùng dẫn tăng lên, đó, tính dẫn điện chất bán dẫn tăng dần theo nhiệt độ (hay điện trở suất giảm dần theo nhiệt độ) Ta có trƣờng hợp tóm tắt sau  Dải cấm có độ cao lớn (EG >5eV)(1eV=1,602.10-19 J) Đây trƣờng hợp chất cách điện Thí dụ nhƣ kim cƣơng có EG =7eV, SiO2 EG=9eV  Dải cấm có độ cao nhỏ (EG n) ni mật độ điện tử lỗ trống chất bán dẫn trƣớc pha Chất bán dẫn nhƣ có số lỗ trống dải hố trị nhiều số điện tử dải dẫn điện đƣợc gọi chất bán dẫn loại P Nhƣ vậy, chất bán dẫn loại p, hạt tải điện đa số lỗ trống hạt tải điện thiểu số điện tử Chất bán dẫn hỗn hợp Ta pha vào Si nguyên tử cho nguyên tử nhận để có chất bán dẫn hỗn hợp Hình sau sơ đồ lƣợng chất bán dẫn hỗn hợp Hình 2.13 Dải lượng Chất bán dẫn hỗn hợp Trong trƣờng hợp chất bán dẫn hỗn hợp, ta có: n+NA = p+ND n.p = n i Nếu ND > NA => n > p, ta có chất bán dẫn hỗn hợp loại N Nếu ND < NA => n < p, ta có chất bán dẫn hỗn hợp loại P 2.2.2 Dẫn suất chất bán dẫn 13 Chương 2: Bán dẫn Hình 2.15 điện tử di chuyển tinh thể Dƣới tác dụng điện trƣờng, điện tử có lƣợng dải dẫn điện di chuyển tạo nên dòng điện In, nhƣng có điện tử di chuyển từ nối hoá trị bị gãy đến chiếm chỗ trống nối hoá trị bị gãy Những điện tử tạo dòng điện tƣơng đƣơng với dịng điện lỗ trống mang điện tích dƣơng di chuyển ngƣợc chiều, ta gọi dòng điện Ip Hình sau mơ tả di chuyển điện tử (hay lỗ trống) dải hoá trị nhiệt độ cao Vậy ta coi nhƣ dịng điện chất bán dẫn hợp thành dòng điện điện tử dải dẫn điện (đa số chất bán dẫn loại N thiểu số chất bán dẫn loại P) lỗ trống dải hoá trị (đa số chất bán dẫn loại P thiểu số chất bán dẫn loại N) Hình 2.16 Dịng điện chất bán dẫn Dƣới tác dụng điện trƣờng, điện tử lỗ trống di chuyển với vận tốc trung bình = .n.E vp = p.E Tƣơng ứng với dịng điện này, ta có mật độ dòng điện J, Jn, Jp cho: J = Jn+Jp Jn = n.e.vn = n.e..n.E 14 Chương 2: Bán dẫn  Jn Mật độ dịng điện trơi điện  n độ linh động điện tử  n mật độ điện tử dải dẫn điện Jp = n.e.vp = n.e..p.E  Jp Mật độ dịng điện trơi lỗ  p độ linh động lỗ trống  p mật độ lỗ trống dải hoá trị) Nhƣ vậy: J=e.(n..n+p..p).E Theo định luật Ohm, ta có: J = .E => = e.(n..n+p. p) đƣợc gọi dẫn suất chất bán dẫn Trong chất bán dẫn loại N, ta có n >> p nên   n..n.e Trong chất bán dẫn loại P, ta có p >> n nên   p. p.e 2.3 Hiện tượng quang điện 2.3.1 Thí nghiệm Hecxơ Năm 1887, nhà bác học Hecxơ ngƣời Đức làm thí nghiệm sau: chiếu chùm ánh sáng hồ quang phát vào kẽm tích điện âm, gắn điện nghiệm (có thể thay điện nghiệm tĩnh điện kế) Ông thấy hai điện nghiệm cụp lại Điều chứng tỏ kẽm điện tích âm Hình 2.17 Tinh thể 15 Chương 2: Bán dẫn Nếu kẽm tích điện dƣơng khơng có tƣợng xảy Hiện tƣợng xảy tƣơng tự thay kẽm đồng, nhôm, bạc, niken v.v… Nếu dùng thuỷ tinh không màu chắn chùm tia hồ quang tƣợng khơng xảy Ta biết thuỷ tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại Nhiều thí nghiệm tƣơng tự đƣa ta đến kết luận: Khi chiếu chùm sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào mặt kim loại làm cho electrơn mặt kim loại bị bật Đó tượng quang điện Thực ra, chiếu ánh sáng tử ngoại vào kẽm tích điện dƣơng có êlectrơn bị bật Tuy nhiên, chúng bị hút trở lại, nên điện tích kẽm coi nhƣ không thay đổi 2.3.2 Tế bào quang điện Tế bào quang điện bình chân khơng nhỏ có hai điện cực: anốt A catốt K Anốt( anơt) vịng dây kim loại Catốt ( catơt) có dạng chỏm cầu làm kim loại (mà ta cần nghiên cứu) phủ thành tế bào Ánh sáng hồ quang phát ra, đƣợc chiếu qua kính lọc F để lọc lấy thành phần đơn sắc định, chiếu vào catốt K Ta thiết lập anốt catốt điện trƣờng nhờ acquy E Hiệu điện U A K thay đổi (về độ lớn dấu) nhờ thay đổi vị trí chốt cắm C nguồn Một vôn kế V dùng để đo hiệu điện U miliampe kế nhạy G để đo cƣờng độ dòng điện chạy qua tế bào quang điện Điện trở acquy nhỏ so với điện trở tế bào quang điện 16 Chương 2: Bán dẫn Hình 2.18 Tế bào quang điện Khi chiếu vào catốt ánh sáng có bƣớc sóng ngắn mạch xuất dòng điện mà ta gọi dòng quang điện Trong tế bào quang điện, dịng quang điện có chiều từ anốt sang catốt Nó dịng êlectrơn quang điện bay từ catốt sang anốt dƣới tác dụng điện trƣờng anốt catốt Nghiên cứu phụ thuộc tƣợng quang điện vào bƣớc sóng ánh sáng kích thích (ánh sáng chiếu vào catốt) ngƣời ta thấy: kim loại dùng làm catốt, ánh sáng kích thích phải có bƣớc sóng nhỏ giới hạn gây đƣợc tƣợng quang điện Nếu ánh sáng kích thích có bƣớc sóng lớn dù chùm ánh sáng có mạch không gây tƣợng quang điện Sau chiếu ánh sáng vào catốt để gây tƣợng quang điện, ngƣời ta nghiên cứu phụ thuộc cƣờng độ dòng quang điện I vào hiệu điện UAK anốt catốt đƣờng cong đồ thị gọi đƣờng đặc trƣng von-ampe tế bào quang điện Thoạt tiên tăng dịng quang điện tăng Khi đạt đến giá trị cƣờng độ dòng quang điện đạt đến giá trị bão hồ Sau giá trị cƣờng độ dịng quang điện khơng đổi dù có tăng Nghiên cứu phụ thuộc cƣờng độ dòng quang điện bão hồ vào cƣờng độ chùm ánh sáng kích thích, ta thấy tỉ lệ thuận với cƣờng độ sáng kích thích 17 Chương 2: Bán dẫn Muốn cho dịng quang điện triệt tiêu hồn tồn phải đặt anốt catốt hiệu điện âm ( ) đƣợc gọi hiệu điện hãm Giá trị ứng với giao điểm đƣờng đặc trƣng vơnampe tế bào quang điện với trục hồnh Thí nghiệm cho thấy giá trị hiệu điện hãm ứng với kim loại dùng làm catốt hoàn toàn khơng phụ thuộc vào cƣờng độ chùm sáng kích thích mà phụ thuộc vào bƣớc sóng chùm sáng kích thích Nếu hai chùm sáng kích thích 2, đơn sắc, có bƣớc sóng, đƣờng đặc trƣng von-ampe cắt trục điểm 2.3.3 Các định luật quang điện a) Định luật quang điện thứ Đối với kim loại dùng làm catốt có bước sóng giới hạn định gọi giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện xảy bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện ( ) Giá trị giới hạn quang điện số kim loại (tính ) đƣợc cho Bạc 0,26, Canxi 0,45, Đồng 0,30, Kali 0,55, Nhôm 0,36, Xedi 0,66 Natri 0,50, Kẽm 0,35, Ta thấy ánh sáng nhìn thấy đƣợc có khả gây đƣợc tƣợng quang điện canxi kim loại kiềm b) Định luật quang điện thứ hai Với ánh sáng kích thích có bước sóng thoả mãn định luật quang điện thứ cường độ dịng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích c) Định luật quang điện thứ ba Sự tồn hiệu điện hãm chứng tỏ bật khỏi mặt kim loại, êlectrôn quang điện có vận tốc ban đầu Điện trƣờng cản mạnh đến mức độ êlectrơn có vận tốc ban đầu lớn khơng bay đến đƣợc anốt Lúc dịng quang điện triệt tiêu hồn tồn cơng điện trƣờng cản có giá trị động ban đầu cực đại êlectrôn quang điện Từ nghiên cứu thực nghiệm giá trị trƣớc, ta rút định luật sau 18 mà ta trình bày Chương 2: Bán dẫn Động ban đầu cực đại êlectrôn quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại dùng làm catốt 2.3.4 Thuyết lượng tử a) Các định luật quang điện hoàn toàn mâu thuẫn với tính chất sóng ánh sáng Thực vậy, theo thuyết sóng, ánh sáng chiếu vào mặt catốt, điện trƣờng biến thiên sóng ánh sáng làm cho electrôn kim loại dao động Cƣờng độ chùm sáng kích thích lớn điện trƣờng mạnh làm cho êlectrơn dao động mạnh Đến mức độ electrơn bị bật ra, tạo thành dịng quang điện Do đó, chùm sáng gây tƣợng quang điện, miễn có cƣờng độ đủ lớn động ban đầu cực đại êlectrôn quang điện phải phụ thuộc vào cƣờng độ chùm sáng kích thích b) Ta giải thích đƣợc định luật quang điện, thừa nhận thuyết gọi thuyết lƣợng từ nhà bác học Plăng (Planck) ngƣời Đức, đề xƣớng vào năm 1900 Theo thuyết lƣợng tử: Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay xạ ánh sáng cách liên tục, mà thành phần riêng biệt, Mỗi phần có mang lượng hồn tồn xác định gọi lượng tử ánh sáng, có độ lớn , đó, tần số ánh sáng mà phát ra, cịn số gọi số Plăng Mỗi phần gọi lƣợng tử lƣợng Ta thấy lƣợng tử ánh sáng nhỏ, chùm sáng dù yếu chứa số lớn lƣợng tự ánh sáng Do đó, ta có cảm giác chùm sáng liên tục Khi ánh sáng truyền đi, lƣợng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sáng, dù nguồn ngơi nằm cách xa ta hàng triệu năm ánh sáng 2.3.5 Giải thích định luật quang điện thuyết lượng tử Nhà bác học Anhxtanh (Einstein), ngƣời Đức, ngƣời vận dụng thuyết lƣợng tử để giải thích định luật quang điện Ông coi chùm sáng nhƣ chùm hạt gọi hạt phôtôn Mỗi phôtôn ứng với lƣợng tử ánh sáng Theo Anhxtanh, tƣợng quang điện có hấp thụ hồn tồn phơtơn chiếu tới Mỗi phơtơn bị hấp thụ truyền tồn lƣợng 19 Chương 2: Bán dẫn cho êlectron Đối với electron nằm bề mặt kim loại phần lƣợng đƣợc dùng vào hai việc Cung cấp cho êlectrơn cơng A để thắng đƣợc lực liên kết tinh thể ngồi Cơng gọi cơng Cung cấp cho êlectrơn động ban đầu So với động ban đầu mà êlectrôn nằm lớp sâu thu đƣợc bị bứt động ban đầu cực đại (8-1) Đây công thức Anhxtanh tƣợng quang điện Đối với electron nằm lớp sâu bên mặt kim loại trƣớc đến bề mặt kim loại, chúng chạm với ion kim loại phần lƣợng Do động ban đầu chúng nhỏ động ban đầu cực đại nói Công thức (8-1) cho thấy động ban đầu cực đại êlectrôn quang điện phụ thuộc tần số (hay bƣớc sóng ) ánh sáng kích thích chất kim loại dùng làm catốt (K) mà không phụ thuộc vào cƣờng độ chùm sáng kích thích Đó nội dung định luật quang điện thứ ba Cơng thức (8-1) cịn cho thấy: lƣợng phôtôn nhỏ công khơng thể làm cho êlectron bật khỏi catốt tƣợng quang điện không xẩy Ta có Đặt (8-2) giới hạn quang điện kim loại Bất đẳng thức (8-2) biểu thị định luật quang điện thứ Cuối cùng, ta giải thích định luật quang điện thứ hai nhƣ sau Với chùm sáng có khả gây tƣợng quang điện số êlectrơn quang điện bị bật khỏi catốt đơn vị thời gian tỉ lể thuận với số phôtôn đến đập vào mắt catốt thời gian Mặt khác, số phơtơn lại tỉ lệ thuận với cƣờng độ chùm sáng; cƣờng độ dòng quang điện bão hoà lại tỉ lệ thuận với số êlectrôn quang điện bị bật khỏi catốt đơn vị thời gian Vì vậy, cƣờng độ dịng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cƣờng độ chùm sáng kích thích 20 Chương 2: Bán dẫn 2.3.6 Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng Ánh sáng nhìn thấy nhƣ tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia Rơnghen, sóng điện từ có bƣớc sóng khác Ngƣời ta nói chúng có chất điện từ Ta lại thấy ánh sáng có tính chất hạt (tính chất lƣợng tử) Vậy, ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ngƣời ta nói: ánh sáng có lƣỡng tính sóng - hạt Những sóng điện từ có bƣớc sóng ngắn phơtơn ứng với chúng có lƣợng lớn Thực nghiệm cho thấy tính chất hạt chúng thể đậm nét, tính chất sóng thể Ta coi tác dụng sau biểu tính chất hạt: khả đâm xuyên, tác dụng quang điện, tác dụng ion hố, tác dụng phát quang Ngƣợc lại, sóng điện từ có bƣớc sóng dài phơtơn ứng với chúng có lƣợng nhỏ Thực nghiệm cho thấy: tính chất hạt chúng khó thể hiện, tính chất sóng chùng dễ bộc lộ Ta dễ dàng quan sát thấy tƣợng giao thoa, tƣợng tán sắc sóng 2.3.7 Hiện tượng quang dẫn Một số chất bán dẫn chất cách điện không bị chiếu sáng trở thành chất dẫn điện bị chiếu sáng Hiện tƣợng giảm mạnh điện trở chất bán dẫn bị chiếu sáng gọi tƣợng quang dẫn Trong tƣợng quang điện, có ánh sáng thích hợp chiếu vào catốt tế bào quang điện êlectrơn bị bật khỏi catốt Vì vậy, tƣợng cịn gọi tƣợng quang điện ngoài.( hay tƣợng quang điện bên ngồi) Trong tƣợng quang dẫn, phơtơn ánh sáng kích thích bị hấp thụ giải phóng electrơn liên kết để trở thành êlectrôn tự chuyển động khối chất bán dẫn Các electrơn liên kết đƣợc giải phóng, để lại “lỗ trống” mang điện dƣơng Những lỗ trống chuyển động tự từ nút mạng sang nút mạng khác tham gia vào q trình dẫn điện Hiện tƣợng giải phóng êlectrôn liên kết chúng trở thành êlectrôn dẫn gọi tƣợng quang điện bên Vì lƣợng cần thiết để giải phóng êlectrơn liên kết chuyển thành êlectrơn dẫn khơng lớn lắm, nên để gây tƣợng quang dẫn, khơng địi hỏi phơtơn phải có lƣợng lớn Rất nhiều chất quang dẫn hoạt động đƣợc với ánh sáng hồng ngoại Thí dụ: có giới hạn quang dẫn Ta hiểu giới hạn quang dẫn chất bƣớc sóng dài ánh sáng 21 Chương 2: Bán dẫn có khả gây tƣợng quang dẫn chất Đây lợi tƣợng quang dẫn so với tƣợng quang điện 2.3.8 Quang trở (LDR) Cấu tạo Quang trở gồm lớp chất bán dẫn (cadimi sunfua CdS chẳng hạn) (1) phủ nhựa cách điện (2) Có hai điện cực (3) (4) gắn vào lớp chất bán dẫn Nối nguồn khoảng vài vôn với quang trở thông qua miliampe kế Ta thấy quang trở đƣợc đặt tối mạch khơng có dịng điện Khi chiếu quang trở ánh sáng có bƣớc sóng ngắn giới hạn quang dẫn quang trở xuất dòng điện mạch Điện trở quang trở giảm mạnh bị chiếu sáng ánh sáng nói Đo điện trở quang trở CdS, ngƣời ta thấy: không bị chiếu sáng, điện trƣờng vào khoảng ; bị chiếu sáng, điện trở cịn khoảng Ngày nay, quang trở đƣợc dùng thay cho tế bào quang điện hầu hết mạch điều khiển tự động 2.3.9 Pin quang điện: Pin quang điện nguồn điện quang đƣợc biến đổi trực tiếp thành điện Pin hoạt động dựa vào tƣợng quang điện bên xẩy chất bán dẫn Ta xét pin quang điện đơn giản Pin đồng oxit (h.8.6) Pin có điện cực đồng Trên đồng có phủ lớp đồng oxit Ngƣời ta phun lớp vàng mỏng mặt lớp để làm điện cực thứ hai Lớp vàng mỏng đến mức cho ánh sáng truyền qua đƣợc chỗ tiếp xúc hình thành lớp có tác dụng đặc biệt: cho phép êlectrơn chạy qua theo chiều từ sang Khi chiếu chùm sáng có bƣớc sóng thích hợp vào mặt lớp ánh sáng giải phóng êlectrôn liên kết thành electrôn dẫn Một phần êlectrôn khuếch tán sang cực Cực thừa êlectrôn nên nhiễm điện âm nhiễm điện dƣơng Giữa hai điện cực pin hình thành suất điện động Nếu nối hai điện cực với dây dẫn thơng qua điện kế, ta thấy có dòng điện chạy mạch theo chiều từ sang 22 Chương 2: Bán dẫn Ngoài pin quang điện đồng oxit, cịn có nhiều loại pin quang điện khác, phổ biến pin sêlen Ngày nay, pin quang điện có nhiều ứng dụng Các pin mặt trời máy tính bỏ túi, vệ tinh nhân tạo v.v… pin quang điện TÀI LIỆU THAM KHẢO SÁCH LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ (THẦY DƢƠNG MINH TRÍ) TÀI LIỆU CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ (THS TRẦN THỊ CẨM) http://www.vocw.edu.vn/content/m10422/latest/ http://www.onthi.com/?a=OT&ot=LT&hdn_lt_id=572 http://www.onthi.com/ly-thuyet/thuyet-luong-tu-va-cac-dinh-luat-quangdien_573.html http://www.onthi.com/ly-thuyet/quang-tro-va-pin-quang-dien_574.html www.wikipedia.org Và số tài liệu tham khảo khác 23 ... http://www.onthi.com/ly-thuyet/thuyet-luong-tu-va-cac-dinh-luat-quangdien_573.html http://www.onthi.com/ly-thuyet /quang- tro-va-pin -quang- dien_574.html www.wikipedia.org Và số tài liệu tham khảo khác 23 ... P 2. 2 .2 Dẫn suất chất bán dẫn 13 Chương 2: Bán dẫn Hình 2. 15 điện tử di chuyển tinh thể Dƣới tác dụng điện trƣờng, điện tử có lƣợng dải dẫn điện di chuyển tạo nên dịng điện In, nhƣng có điện tử. .. Tầng K có tối đa điện tử  Tầng L có tối đa điện tử  Tầng M có tối đa 18 điện tử Chương 2: Bán dẫn  Tầng N có tối đa 32 điện tử  Các tầng O,P,Q có phụ tầng có tối đa 32 điện tử Ứng với phụ tầng