Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n và loại p

VẬT LIỆU HỌC ĐẠI CƯƠNG GVGD: Đỗ Thế Anh SVTH: Nhóm Vấn đề : Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p Chất bán dẫn gì? Chất bán dẫn (Semiconductor) vật liệu trung gian chất cách điện chất dẫn điện Chất bán dẫn hoạt động chất cách điện nhiệt độ thấp hoạt động chất dẫn điện nhiệt độ cao Vấn đề : Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p Tính chất chất bán dẫn Điện trở suất ρ bán dẫn có giá trị trung gian kim loại điện môi 1020 1015 Điện trở suất Điện môi bán dẫn có giá trị trung gian điện mơi kim loại 1010 10 10 10−5 10 −10 Bán dẫn Kim loại Vấn đề : Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p Tính chất chất bán dẫn Điện trở suất bán dẫn tinh khiết giảm mạnh nhiệt độ tăng Do nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện kém, nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện tốt ρ Điện trở suất kim loại bán dẫn tinh khiết phụ thuộc khác vào nhiệt độ Bán dẫn tinh khiết Kim loại T Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết 7.1: Bán dẫn tinh khiết Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết Ta xét trường hợp bán dẫn điển hình Si Nếu mạng tinh thể có loại nguyên tử Si, ta gọi bán dẫn tinh khiết Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết Mơ hình mạng tinh thể Silic Si Si Si Si Si Si Si Si Si Ở nhiệt độ thấp, electron hóa trị gắn bó chặt chẽ với ngun tử nút mạng ⇒Khơng có eletron tự Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết Khi nhiệt độ tăng cao Si Si Si Si Si Si Si Si Si Ở nhiệt độ cao ln có phát sinh cặp electron-lỗ trống Số eletron số lỗ trống bán dẫn tinh khiết Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết Khi có điện trường đặt vào chất bán dẫn Si Si Si Si Si Si Si Si Si E Các eletron chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động chiều điện trường => Gây nên dòng điện chất bán dẫn Lỗ trống Si Si electron Si Si VẤN ĐỀ 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết Vùng dẫn ∆ Eg Fecmi Vùng hóa trị Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.1: Bán dẫn tinh khiết - Mức Fecmi cuả bán dẫn tinh khiết mức lượng đỉnh vùng hóa trị - Nếu Bán dẫn khiết vùngthì dẫn vàđiện vùngtửhóa trị tách xét ởtinh nhiệt độ có phịng, vùng hóabiệt trị đặc 0K.là điện tử vùng Fecmi, điện tử dễ dàng biệt -nhả Khoảng cáchdẫn, giữatrởvùng dẫn - vùng vùng cấm lên vùng thành điện tử tựhóa trị gọi để lại vùng hóa trị lỗ trống - Với bán dẫn tinh khiết số điện tử dẫn số lỗ trống Vấn đề : Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p a Bán dẫn pha tạp loại n: -Bán VD:dẫn Chonày Bán dẫn tinhbằng khiết2 nhóm kết+hợp nguyên tử dẫn điện loại hạtIVtải: P: lỗvới trống nhóm V: + n: điện tử Điện tử liên kết yếu điện tử lớp nguyên tử P tạo liên kết cộng hóa trị với điện tử nguyên tố Si điện tử lại nguyên tố P có liên kết yếu lượng liên kết cỡ 0.01 Ev Điện tử liên kết yếu coi điện tử tự Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p a Bán dẫn pha tạp loại n: Mơ hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất Electron dư thừa dễ dàng tách khỏi nguyên tử P Si Si Si Si Si Si Si Si VẤN ĐỀ 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p a Bán dẫn pha tạp loại n: Vùng dẫn Mức đônơ 0.01 eV ∆ Eg ~ 0.07 eV Vùng hóa trị VẤN ĐỀ 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p a Bán dẫn pha tạp loại n: - Ở nhiệt độ 0K, vùng dẫn vùng hóa trị bán dẫn pha tạp loại n cách khoảng Eg ~ 0.7 eV - Tại nhiệt pha độ phòng cáctửđiện tử cung Do tạp với(300K), nguyên P, cấu trúccấp vùng nănglượng, lượng mức dàng nhảy lên vùng điện tử báncác dẫnđiện phatửtạp loại nđơnơ xuất dễ thêm mức dẫn, lượngvàtạp chất đỉnhởvùng hóa trị dàng nhảy lên vùng trở thành điện đơnơ phía đáy củadễ vùng dẫn cách vùngdẫn, dẫnđể khoảng ~ 0.01 tử mức Cịn ởđóvùng Ev.tựTrên có 1hóa điệntrịtửsẽtựxuất lỗ trống - Do bán dẫn pha tạp loại n đặt điện trường E, xuất chuyển động có hướng lỗ trống có dịng điện, số lượng điện tử n lớn số lượng lỗ trống - Tùy thuộc vào lượng tạp chất pha tạp mà số lượng n >> p VẤN ĐỀ 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p b Bán dẫn pha tạp loại p: - Xét bán dẫn nguyên tố silic Một nguyên tử silic có điện tử vịng ngồi điện tử liênkết kếtvới đồng hóa trị với nguyên silic lân Một nguyên tử Bo liên nguyên tử Si4 theo liêntửkết cộng cận hoá trị liên kết bị thiếu điện tử => trở thành lỗ trống (mang -điện Giảdương) sử nguyên tử tạp chất có hóa trị thay vào (nguyên tử nhóm III A: Al, B, Ga) Ta lấy Bo B Lỗ trống liên kết yếu Vấn đề 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p b Bán dẫn pha tạp loại p: Mơ hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất B Một electron liên kết gần chuyển đến lấp đầy liên kết trống tạo thành lỗ trống B Si Si Si Si Si Si Si Si VẤN ĐỀ 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p a Bán dẫn pha tạp loại p: Vùng dẫn ∆ Eg ~ 0.07 eV 0.01 eV Mức lượng tạp chất axepto Ea Vùng hóa trị VẤN ĐỀ 7: Bán dẫn tinh khiết - Bán dẫn pha tạp loại n loại p 7.2 Bán dẫn pha tạp loại n loại p a Bán dẫn pha tạp loại p: - Ở nhiệt độ phòng (300K), e trog vùng hóa trị đc cug cấp lượng, vùng hóadẫn trị có khảnhau năng1khoảg nhảy lênEg~0.7 vùng dẫn - Ở nhiệt độ đặc 0K, biệt vùg (e) hóaởtrị vùg cách eV để trở thành (e) tự - Do pha tạp với tạp chất B nên cấu trúc vùng lượng xuất Các (e) đỉnh vùng hóa trị dễ dàng nhảy lên mức lượng tạp thêm mức lượng tạp chất axepto Ea chất Axepto, để lại vùng hóa trị lỗ trống, lỗ trống coi điện Trên mức lượng tạp chất tồn lỗ trống khoảng tích tự chuyển động trog vùng hóa trị mức Ea đỉnh vùng hóa trị bé cỡ 0,01 Ev - Vậy BD loại P dẫn điện = loại hạt tải: + Lỗ trống (P) + Điện tử tự (n) ( P >> n)