bán dẫn và máy phát lượng tử

Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội b¸n dÉn & M¸y ph¸t l−îng tö 1. Dẫn điện của tinh thể bán dẫn Vùng năng lợng: Si 4 điện tử hoá trị Vùng Dẫn Vùng Hoá trị E g T=0K k B T> E g kT2 E ii g e~pn = Lỗ: Trạng thái trống trong vùng hoá trị điền đầy gần hết: 0e;kk; ;vv;mm heheh eheh >== = = rr r r E g k k 2. Bán dẫn tạp chất Liên kết đồng hoá trị 1 nguyên tử dùng chung 8 điện tử hoá trị với 4 nguyên tử khác: Si, Ge, C mạng kim cơng kT2 E 2/1 d d eNn = As + - Tạp thuộc nhóm 5: P, as, Sb V Dẫn V Hoá trị mức donor E d B - + Tạp thuộc nhóm 3: B, Al, Ga, In V dẫn V Hoá trị mức Acceptor E a kT2 E 2/1 a a eNp = 3. Chuyển tiếp p-n p F1 F2 n -+ -+ -+ V V= ( F2 - F1 )/e ]1) kT eV .[exp(II 0 = V Hiệu ứng chỉnh lu Thế nghịch: p(-) n(+) Thế thuận: p(+) n(-) e h Dòng phát sinh có J ng của điện tử từ n -> p tái hợp với lỗ Dòng tái hợp có J nr J ng + J nr =0 J nr (V ngh )=J nr (0).exp(-e|V|/k B T) J ng (V ngh )=J ng (0). J nr (V th )=J nr (0).exp(e|V|/k B T) J ng (V th )=J ng (0). J ng + J nr 0 J n g + J nr 0 p n V= ( F2 - F1 )/e -+ -+ -+ e h Chiếu ánh sáng phù hợp lên chuyển tiếp p-n Lỗ (h) v điện tử (e) sinh ra. => Dòng quang điện => Pin mặt trời Điện tử bị đẩy về bên phải (thế dơng) Lỗ bị đẩy về bên trái (thế âm) Pin mặt trời §Ìn®iÖnt ö 3 c ù c ~ K A L−íi §iÖn ¸p trªn l−íi thay ®æi Ýt -> sè ®iÖn tö tõ K->A thay ®æi m¹nh -> dßng qua ®iÖn trë thay ®æi m¹nh n p n + - - + + - - + dßng lç dßng ®iÖn tö B U BC I B I E I C U BE ΔU BE ==> ΔI B ==> ΔI E >ΔI C - + - + I E = I B + I C víi I B << I C B C I I Δ Δ =β HÖ sè khuyÕch ®¹i dßng l−íi 4. Transitor E C B n-p-n E C B p-n-p C + ΔU BE + ΔI B + ΔI E + ΔI C + ΔU BC dßng dß E 5. HiÖu øng nhiÖt ®iÖn ++ p e - + n h T 1 T 2 T 1 < T 2 e vμ h khuÕch t¸n sang phÝa bªn kia phô thuéc vμo nhiÖt ®é Sù xuÊt hiÖn SuÊt ®iÖn ®éng do chªnh lÖch nhiÖt ®é gäi lμ hiÖn t−îng nhiÖt ®iÖn 6. LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 6.1. Phát xạ tự nhiên: Độc lập với nhau, không có kết hợp về pha, định hớng v độ phân cực kích thích E 2 E 1 Thời gian hệ ở trạng thái kích thích t~h/ E ~ 10 -8 -10 -9 s phát xạ h=E 2 -E 1 h=E 2 -E 1 phát xạ kích thích 6.2. Phát xạ cảm ứng: Khi có kích thích từ bên ngoi bức xạ cảm ứng có cùng hớng, cùng tần số, độ phân cực, E 2 E 1 kết hợp triệt để giữa phát xạ v kích thích [...]... trờng Gơng phản Máy phát Laser: kích hoạt xạ 50% - Môi trờng kích hoạt khí, lỏng hoặc rắn - Cơ chế bơm năng lợng cung cấp cho môi trờng - Bộ cộng hởng khuyếch đại chùm bức xạ truyền qua 6.5 Cơ chế bơm - Phát xạ cộng bơm lên mức E3 , E4 bằng E4 hởng các phơng pháp: Chiếu E3 E 2 chùm ánh sáng mạnh vo h=E2-E1 MT rắn, lỏng; Phóng điện E1 trong khí, bán dẫn Phát xạ cộng hởng: Laser phát ra Thời gian sống... cơ bản LASER xung : Khi từ trạng thái III nhảy về trạng thái cơ bản phát ra chớp sáng loé 6.7 LASER Hêli-Neon eV 19.81 He (I) vađập Ne(II) Ne(IV) 90%He+10%Ne áp suất cỡ 1.1mmHg Ne(III) Đảo mật độ giữa Ne(IV) v Ne(III) LASER bán dẫn =632.8nm V dẫn mức donor E2 h=En-Eh mức Acceptor E1 V Hoá trị p n Đảo mật độ giữa vùng hoá trị v vùng dẫn 6.8 Các tính chất u việt của Laser 1 Tính định hớng cao: ở nhiệt... hệ Nguyên tử = hạt; Mức năng lợng E2>E1 N-tổng số hạt của hệ E E1 2 kT N 2 ~ e kT N1 ~ e Xác suất hấp thụ P1 ~ N 1 ~ e Xác suất phát xạ từ mức E2 E E2 E1 0 N2 ~e N1 N2 N1 E 2 E1 kT N E1 kT P2 ~ N 2 ~ e E2 kT Tại T=300K, =3.1014Hz tức =10-6m thì P2/P1=e-480 hấp thụ ánh sáng 'x I0 I I = I 0 e >N1 I0 I x Biểu thức cờng độ bức xạ I = I 0 e x cộng hởng Bộ cộng hởng - Hiệu ứng Laser Gơng phản xạ 100% L=n L 2 Môi trờng Gơng phản Máy. .. / ~ 10-15 3 Tính kết hợp không gian cao: trong khoảng cách L=100km giữa hai điểm hiệu pha không đổi Cờng độ ánh sáng cực lớn E~107V/m công suất đạt 1012W 4 Hiệu suất: Heli-Neon 1%, CO2-N đạt 1020%, Bán dẫn 40-100% 5 Bức xạ cờng độ cao ở chế độ liên tục, Điều biên AM, Điều tần FM, Chế độ xung cực ngắn 6.10-15s(femtosecond) 6.9 ứng dụng của LASER a, Trong kỹ thuật đo lờng chính xác, in chụp v tạo ảnh: . nội b¸n dÉn & M¸y ph¸t l−îng tö 1. Dẫn điện của tinh thể bán dẫn Vùng năng lợng: Si 4 điện tử hoá trị Vùng Dẫn Vùng Hoá trị E g T=0K k B T> E g kT2 E ii g e~pn = Lỗ:. hết: 0e;kk; ;vv;mm heheh eheh >== = = rr r r E g k k 2. Bán dẫn tạp chất Liên kết đồng hoá trị 1 nguyên tử dùng chung 8 điện tử hoá trị với 4 nguyên tử khác: Si, Ge, C mạng kim