LÊ XUÂN THÊ DỤNG CỤ BÂN DẪN VÀ VI MẠCH ■ NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DUC Phần DỤNG CỤ BÁN DẪN CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG CHƯƠNG A - Công thoát nhiệt ; số B - Độ cảm ứng từ b = |aj,/|u,p - Tỷ số độ linh động điện tử độ linh động lỗ trống C3 , Cy - Điện dung lớp chuyển tiếp p - n, điện dung Varicap , Dp - Hệ số khuếch tán điện tử lỗ trống d - Độ rộng lớp chuyển tiếp p - n E —Điện trường - Mức tạp chất axepto đôno E^, E y , E p -M ứ c lưọfng đáy vùng dẫn, đỉnh vùng hoá trị, mức Fecmi Epi, Ep , Ep - Mức Fecmi bán dẫn không tạp, bán dẫn loại n, loại p AE - Độ rộng vùng cấm g - Tốc độ sinh hạt tải điện, ệ - Cường độ xạ f - Tần số I, I„g, I , I q - Dòng điện, dòng thuận, dòng ngược, dòng anốt, dòng máng J, jp - Mật độ dòng, mật độ dòng điện tử, mật độ dòng lỗ trống k - Hằng số Boltzman , jp K t - Mât đô dòng điên tử khuếch tán dòng lỗ trống khuếch tán • K t K - Độ Kenvin L - Độ dài M - Hệ số nhận hạt tải chuyển tiếp p - n m *, m* - Khối lượng hiệu dụng củ^^iện tử lỗ trống , N^I - Mật độ nguyên tứ axepto đỏno N,^, N p - Mật độ hiệu dụng điện tử vùng dẫn lỗ trống vùng hoá trị n - Mật độ điện tử n^, Hp - Mật độ điện tử bán dẫn loại n bán dẫn loại p Iiị, Pị - Mật độ điện tử, mật độ lỗ trống bán dẫn không tạp p - Mật độ lỗ trống q, q„, q p - Điện tích, điện tích điện lử, điện tích lỗ trống r - Tốc độ tái hợp s - Diện tích T - Nhiệt độ tuyệt đối ; chu kỳ dao động, t - Thời gian, u - Điện áp V, - Điện thế, điện thuận, điện ngược điện đánh thủng V - Vận tốc a - Hê số truyền dòng điện, ß - Hệ số khuếch đại dòng, y - Độ dẫn điện - Hằng số điện inổi chân không, s - Hằng số điện môi - Thời gian rơ lắc cp- Tliế tĩnh điện (P|^ - Hiệu tiếp xúc ẹ-ỵ - Thế nhiệt, co - Tần số góc ịo,^, I^p - Độ linh động điện tử lỗ trống Ç - Điện trở suất, - Độ dẫn riêng , Tp - Tliời gian sống điện tử lỗ trống C hương NHỮNG C SỞ VẬT LÝ CỦA CHẤT BÁN DẪN 1.1 Tính chất vậ t lý dạng dẫn diện bán dẫn Vậi liệu bán dẫn có cấu trúc tinh thể rắn Điện trở suất chúng : ?BD ~ ( 10“"^ ^ lo'®) Q.cm,nằm điện trở suất kim loại ‘ĨKL = (10“^ -ỉ- 10““^) Q.cm điện trở suất điện môi ÍĐM = ( 10'° - 10 '^) Kim loại H - H 10-® 10-'' Bán dẫn Điện môi H h 10^° 10 c, [O.cm] Hình 1.1 : Điện trỏ suất vật liệu Khi chế tạo dụng cụ bán dẫn mạch vi điện tử, người ta thường dùng Ge, Si, Ga, As, số chất bán dẫn khác Se, Ti niột số loại oxyt, Cacbit, Sulfua Tính phất đặc trưng bán dẫn độ dẫn điện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, độ chiếu sáng điện trưòrng Điện trở bán uủti giảm nhanh nhiệt độ tăng Ngược với kim loại điện trở tăng nhiệt độ tăng Khảo sát thực nghiệm cho ta phụ thuộc vào nhiệt độ điện trở R kim loại bán dẫn vẽ hình 1.2 Hình 1.2 : Sự phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ 1.1.1 Bán dẫn không tạp chất Để giải thích đặc trưng dẫn điện bán dẫn, ta nghiên cứu thể tích lý tưởng tinh thể Ge Ge nguyên tố thuộc nhóm IV bảng tuần hoàn Hình vẽ 1.3a mô tả mạng tinh thể Ge mặt phẳng E Vùng dẫn 3= 0= ^ = Q = G r= Q Ec Phát sinh Ef Tái hợp Ev Vùng hoá trị b) Hình 1.3 : Mạng tinh thể (a) giản đồ lượng (b) Ge tinh khiết Nguyên tử Ge phân bố nút mạng tinh thể liên kết với nguyên tử lân cận điện tử hoá trị Haỉ đường thẳng nối nút mạng biếu diễn mối liên kết đồng hoá trị cặp điện tử dùng chung Tổng hợp mức năíig lượng điện tử hoầ trị tinh thể Ge lý tưcmg tạo nên giản đồ lượng biểu diễn hình 1.3b Trong Ec : mức lượng đáy vùng dẫn Ey mức đỉnh vùng hoá trị Ep mức Fecmi AE : độ rộng vùng cấm nhiệt đ ộ T = OK : bán dẫn không tạp chất, tất e hoá trị tham gia mối liên kết đồng hoá trị Như chúng chiếm đầy tất mức lượng vùng hoá trị Còn vùng dẫn điện tử Như T = OK, bán dẫn không dẫn điện Giữa đỉnh vùng hoá trị Ey đáy vùng cấm Eg vùng cấm có độ rộng AE = Eg - Ey V iG e: A E ~ ,7 Với Si : AE~1,2 eV eV Như vậy, để chuyển điện tử vùng hoá trị lên vùng dẫn cần cung cấp lượng > AE Năng lượng lượng nhiệt Khi nhiệt độ T > OK : Do có lượng chuyển động nhiệt, có số điện tử phá vỡ liên kết đồng hoá trị chuyển từ vùng hoá trị lên vùng dẫri để lại lỗ trống vùng hoá trị tạo nên độ dẫn lỗ trống Độ dẫn điện từ trường giống điện tích dưoíng có giá trị điện tích điện tích điện tử Quá trình tạo nên cặp điện tử tự lỗ trống gọi trình sinh hạt tải biểu diễn mũi tên hình 1,3b Mật độ điện tử lỗ trống bán dẫn không suy biến tuân theo thống kê Maxwell Boltzman Ec-Ep n = Nj,e (1-1) _ Ep-Ey p = N„e p" kT ( 1_ ) , N p ; Mật độ hiệu dụng trạng thái vùng dẫn vùng hoá trị k = l,38.10"^^j/K Nhân (1.1) với (1.2) Coi khối lượng hiệu dụng lỗ trống khối lượng hiệu dụng điện tử N„ « Np « N ta có : E(^—E y n.p = N^e AE = N^e (1 -3 ) Trong trạng thái cân nhiệt động, mật độ điện tử vùng dẫn bán dẫn không tạp chất rii mật độ lỗ trống vùng hoá trị P i, tức : Dị = Pi = n (1-4) Từ (1.3) ta suy : AE n = N e ( _ ) 2kT Từ công thức ta thấy mật độ hạt tải điện bán dẫn lớn nhiệt độ cao độ rộng vùng cấm nhỏ Từ (1.1) (1.2) ta rút : Ep, = = (1-6) Như mức Fecmi bán dẫn không tạp chất nằm vùng cấm (hình 1.3b) Dưói tác dụng lượng nhiệt, điện tử vùng dẫn lỗ trống vùng hoá trị thực chuyển động nhiệt hỗn loạn Song song với trình phát sinh nói trên, xảy trình điện tử nhảy từ vùng dẫn xuống lấp vào lỗ trống vùng hoá trị tạo nên trình tái hợp cặp điện tử lỗ trống Số tái hợp tỷ lệ với mật độ hạt tải điện Khi đặt điện trườtĩg E vào hán dãn : chuyển động điện tử lỗ trống bán dẫn định hướng Nghĩa T > OK bán dẫn có khả dẫn điện Độ dẫn lớn cưòfng độ trình phát sinh cặp điện tử lỗ trống lớn Độ dẫn bao gồm chuyển động điện tử chuyển động lỗ trống Như độ dẫn toàn phần gồm độ dẫn điệntử cộng với độ dẫn lỗ trống Gọi độ dẫn toàn phần Y ta có : Mật độ dòng qua bán dẫn viết tống quát : (2-14) j = q(Mini + ^ 2'i2 ) E rii : Mật độ e nhẹ Ũ2 : Mật độ e nặng Hq = Hị + n : Mật độ điện tử tự bán dẫn 2.9.1 Sự dao động dòng điện qua điốt Gunn Sự có mặt đoạn điện trở âm đặc trưng V - A điốt Guiin dẫn đến không ổn định dòng chạy qua Ta biết — K ©— Ax + v ng I — a tốc độ bình thường e bán dẫn V = ịiE phụ thuộc V = v ( E) có dạng tương tự j ( E ) hình 2.16 Giả sử ta đặt điện áp V|^g = Hình 2.17 : Sơ đồ điốt Gunn vào điốt Gunn hình 2.17 Dòng qua điốt nhanh chóng tăng lên đạt đếnj^„ Epg bắt đầu xuất nhiều e nặng, có độ linh động nhỏ dịch chuyển khó khăn bán dẫn, tương ứng R cao, mật độ nhỏ Giả sử toạ độ X kể từ katốt K xuất thăng giáng mật độ hạt tải độ rộng Ax có mật độ nhỏ xung quanh, trở riêng bán dẫn vùng cao trung bình Vì cường độ E lớp Ax lớn giá trị trung bình Eng tương ứng phụ thuộc v(e ) hình 2.16 Tốc độ e lớp giảm điện trở chúng tăng thêm sụt Ax tăng cưòng độ Ex tăng lớp gọi Domain Còn miền khác Domain Eg giảm Tốc độ e lớp Ax giảm nhiều, nhiên tốc độ e miền lại bán dẫn giảm giảm Eg Gọi giảm tốc độ e lớp Ax ÔVj^ miền lại ôv, ÔVg t h ì: (E«-E.ẹ)fe (e„ -E b)p, Ta có V „ g = E'n „gL = Ax E H - E e ( L - A x ) 45 ^ng _ L — Ax Ax ÔV, (L - Ax) ỗvi Ax (2-15) , 5v Đối với Ax n h ỏ -^ ^ > Điều chứng tỏ điên tử miền Ax châm nhiều so ÓVg với điện tử miền Như e chạy từ phía K đến lớp Ax bị chậm lại (ở lớp mật độ e tăng lên) Còn từ phía bên lớp Axthì e bị hút cực dưomg Anốt Vì tạo nên biên lớp Ax, điện tích không gian có dấu ngược lại (hình 2.18) Hình 2.18 : Sự phân bố mật độ e cường độ Ẽ Domain Do điện trường lớp Ax tăng nhiều - lớp Ax gọi Domain Cường độ E Domain tăng đến độ linh động vi phân e trở nên dương Sau tốc độ e Domain cân tích luỹ điện tử ngừng iại Domain hình thành di chuyển tới Anốt với tốc độ không đổi Sự phân bố mật độ điện tử E Domain hình 2.18 Domain gồm có lớp giầu điện tử (điện tích âm) dj lớp nghèo điện tử (điện tích dưcmg) d2- Nếu bỏ qua khuếch tán mật độ điện tử lớp giàu lớn đến 46 Độ rộng miền điện tích không gian d có thê xác định từ phương trình Poisson Khi phụ thuộc E(x) tuyến tính theo hình 2.15 ta viết đươc : AE Ax Vì _ ^ zqZ AE = - ( E , - E b) A phải lớn thời gian hình thành nghĩa : X= > V ^^0 = qno^2 n^L > ^ qịi2 Điều kiện có dao động dòng : = A (2-16) Với GaAs vận tốc cực đại e 10’ cm /s A « ( l ) 10” cm “2 Tần số phát điốt Gunn phụ thuộc vào chiều dài mẫu ; T L 47 Với Vq số f phụ thuộc vào chiều dài L điốt Chiều dài điốt Gunn L nhỏ tần số phát f cao Nếu L = lOO^m f = lGHz Nếu L = 10 |j,m f = 10 GHz Nếu điốt Gunn thoả mãn (2 -1 ) mắc vào mạch sinh dao động dòng Tính không ổn định dòng qua điốt Gunn gọi tính Domain Theo (2 -1 ) dao động dòng không xảy ngL < A Lúc điốt Gunn dụng cụ bán dẫn có đoạn điện trở âm bình thưcmg Lúc điốt Gunn dùng để khuếch đại tín hiệu siêu cao tần Tính dao động dòng điện qua điốt Gunn chế tạo nên máy phát J Jng siêu cao tần dùng điốt Gunn Với nguyên tắc trên, điốt Gunn có chiều dài L cố định nên phát tần số xác định Hcfn muốn phát tần số cao L phải nhỏ Lớp mỏng bán dẫn không cho phép ta đặt điện áp cao vào Anốt Katốt đánh thủng Vì công suất phát nuôi điện áp thấp nhỏ Để khắc phục nhược điểm người ta cải Jo Hình 2.19 : Dao động dòng qua điốt Gunn tiến cấu tạo điốt Gunn có tiết diện thay đổi hình 2 Khi ta đặt V] V khác vào Anốt phân bố điện trường từ Katốt đến Anốt có dạng hình vẽ 2 Hình 2.20 : cấu trúc điốt Gunn phân bố điện thế, điện trường nó, 48 Tức với VI E > Engựỳng lừ Còn đặt Vt E > E„gifõng từ X X > > Xj Domain inột quãng đường ( L - X| ) Domain quãng đường(L - X2 ) Như đặt VI vào Anốl điòt phát với tần số : L- X Khi đặt V vào Anốt điốt phát lần số : Như điốt Gunn loại phát nhiều tần số khác ta nuôi điện áp khác Đồng thời la có the tăng chiều dài L điốt mà tần số phát cao 2.9,2 C hế độ mác thém thiên áp xoay chiều tần Ta nghiên cứu làm việc cùa điốt Gunn khiđặt thiên áp chiếu V| = E|L = (2 -H3 ) E^gL thiên áp xoay chiều f = ^ sô cao có tần số cao lần số riêng điốt cho có phần chu kv điện trường điốt nhỏ E„g hình 2.21 1— ^ Trong khoảng E chu kv Domain hình thành Khi tạo nên Domain dòng bị giám Domain di chuyển chưa đến anốt qua chu kỳ Tx, Ngay sau < Eng lúc Doniiúli biến > Eng Domain liếp Iheo lại hình thành lại sau thời gian Như hình thành dao động dòng mà chu kỳ không xác định thời gian di chuyển Domain qua điốt mà chu kỳ thiên áp xoay chiều Txc (khi < ^ )• Để có chế độ hoạt động cần điều kiện : Chu kỳ dao động phải nhỏ thời gian Rơlắc O7 (thời gian hình thành Domain) từ ^3 lần để Domain không đạl dược giai đoạn hình thành cuối, sau thời gian E > ( ị-i == ụ-2 ) nghĩa : 4-vi MẠCH Hình 2.21 : Nguyên tắc làm việc điốt Gunn chế độ có thiên áp xoay chiều 49 = j 02 ^ _ Íí>9 r^ Ó r'j' •0- - 01 — ệ - o UoD K, 0,4 0,8 1,2 1,6 M |jm ) c) Hình 2.26 : Các đặc trưng phôtô điốt Sự phụ thuộc dòng qua phôtô điốt vào điện áp đật vào xác định đặc trưng V - A điốt (dòng ngư ợc): Hình 2.26a họ đặc trưng V - A (ị) = const Khi ộ = Ochi’ có dòng nhiệt Iq qua điốt Khi chiếu sáng (ị) > bão hoà tăng tỷ lệ với ộ Hình 2.26b đặc trưng chiếu sáng phôtô điốt Đó phụ Ihuộc dòng quang điện vào cường độ quang thông chiếu vào : '♦D = f i * ) 55 Khi R^p « họ đặc trưng tuyến tính Từ đặc trưng chiếu sáng ta xác định độ nhạy tích phân phôtô đ iố t : ỘD Dòng I|Ị, phụ thuộc bước sóng ánh sáng chiếu vào Đó đặc trưng phổ phôtô điốt (Hình 2.26c đặc trưng phổ điốt loại Ge) PỊiôtô điốt dùng để ghi nhận xạ ánh sáng Ví dụ sử dụng hệ thu tín hiệu điều khiển từ xa tivi, đầu video, đầu CD 2.12 Đ iố t Laser Điốt Laser điốt bán dẫn phát xạ lượng tử có tính đơn sắc, kết hợp định hướng chùm sáng laser Cơ chế phát tóm tắt sau : Sự phân bố e theo trạng thái lượng bán dẫn phụ thuộc vào mật độ tạp chất nhiệt độ tinh thể Để có xạ cảm ứng bán dẫn cần phá vỡ phân bố cân theo lượng Nghĩa phân bố lại chúng cho mức lưọfng cao có mật độ trạng thái lớn mức thấp, tức có đảo lộn mật độ Trong bán dẫn có chuyển mức điện tử từ vùng đến vùng kia, từ vùng đến mức tạp chất mức tạp chất Chuyển mức từ thấp lên cao làm tăng lượng điện tử phải hấp thụ lượng, từ cao xuống thấp giải phóng lượng dạng nhiệt xạ ánh sáng Môi trường có đảo lộn mật độ số chuyển mức từ cao xuống thấp lớn lượng giải phóng dùng để khuếch đại lượng tử qụa tạo nên phát xạ lượng tử - phát laser Sự đảo lộn mật độ với chuyến mức vùng - vùng có số điện tử vùng dẫn lớn vùng hoá trị Hiện có cách tạo nên đảo lộn mật độ (còn gọi phương pháp kích thích phương pháp bơm) Kích thích quang học : Chiếu vào bán dẫn phôtô có lượng hv lớn độ rộng vùng cấm u điểm phương pháp sử dụng vật liộu tạo nên chuyển tiếp p - n ví dụ CdS CdSe Nhược điểm phương pháp có hấp thụ mạnh ánh sáng chiếu vào bán dẫn nên kích thích lớp mỏng bề mặt (vài |im) Kích thích chùm điện tử nhanh : Cách cho phép kích thích thể tích lóìi tinh thể Chùm điện tử phải có lượng lớn 20 keV hướng vào bể mặt bán dẫn, để tạo cặp điện tử - lỗ trống cần lượng gấp lần độ rộng vùng Gấm Mỗi e tạo nên lo'* cặp Hệ số kích thích chùm điện tử < 40% 56 Kích thích phun hạt tai điện qua chuyển tiếp p - n : Đây phương pháp dùng phổ biến Sự phun thực cách dặt diện áp vào chuyển tiếp p - n theo chiều phân cực thuận, hàng lào Ihế bán dẫn hạ xuống qua chuyển tiếp có đòng hạt tải cư lớn (lỗ trống phưii từ bên p, e phun từ bên n) Gần chuyển tiếp p - n sinh miền với đảo lộn mật độ Bức xạ cảm ứng sinh có chuyển mức điện tử từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị Quá trình chuyển mức cảm ứng có kèm theo xạ (lượng tử ánh sáng) tái hợp điện tử - lỗ trống chuyển tiếp p - n Sự đảo lộn mật độ bán dẫn tạo nên môi trường khuếch đại ánh sáng Nếu có thêm hệ phản hồi dưong môi trưòfng đủ điều kiện phát Hệ phản hồi duofiig hệ cộng hưởng quang học Cộng hưởng quang học laser bán dãn tạo nên bề mặt phản xạ mặt biên tinh thể không khí Hai bề mặt đối diện đánh bóng để phản xạ tốt (hoặc áp hai gương phản xạ vào mặt biên này) Hệ số phản xạ gương cỡ 0,3, chiều dài môi trường hoạt nhỏ (-j^mm) điểu kiện phát đạt môi trường hoạt có hệ số khuếch đại lớn Hiện hiệu ứng laser nhận nhiều vật liệu bán dẫn Dải sóng laser bán dẫn từ 0,33 -r 31 |im (trong bảng sau) : ZnS Ằ = 0,35(im Cd (S + Se) X = (0,5 -f0,69) i-im Ga (As + P) X = (0,65 ^ 0,9) In (As + P) Ằ = (0,9 -rO,32ì Ị-im GaAs X = 0,85|am InP X = 0,9|am GaSb X = l,6)am PbS X = 4,3|im InSb X = 5,3^m PbTe X = 6,5|am PbSe X = 8,5|iim Được dùng rộng rãi laser bán dãn GaAs bơm phun hạt tải điện qua chuyển tiếp p - n cấu tạo hình 2.27 57 A' B' (5-10)ị.im Hỉnh 2.27 : cấu tạo điốt laser Điốt laser có GaAs có tạp chất Tellua có độ dẫn loại n Tấm GaAs có tạp chất Zn có độ dẫn p, có tiếp điểm nối với nguồn điện Kích thước hình học hình vẽ Chiều dày miền tạo xạ cỡ < vài |im Hai đầu (hai mặt phẳng ABCD A ’B’C’D ’) đánh bóng tạo nên hai gương phản xạ hệ cộng hưởng hở xạ laser (màu đỏ) thoát từ Laser làm việc nhiệt độ N2 lỏng (77K) He lỏng (4,2K) Laser nuôi chế độ xung theo sơ đồ mạch cho hình 2.29 Việc bơm thực xung dòng thời gian kéo dài (0,3 -í- 10)|asec Tần số lặp lại xung cỡ 100 kHz (hình 2.24) dòng kích thích nhỏ phát xạ không kết hợp tái hợp với sô' lượng hạt tải nhỏ trìnli tái hợp hỗn loạn Khi tăng dòng xạ từ chế độ tự phát chuyển sang chế độ kết hợp Khi nhiệt độ T = 77K cường độ phát tăng mạnh dòng đạt lOOA, T = 4,2K cường độ phát tăng mạnh đòng cần 6A Thông thưèmg mật độ ngưỡng dòng b(ím phụ thuộc vào nhiệt độ làm lạnh laser, nói chung cỡ 0 -ỉ- 20.000A /cm ‘ Hình 2.28 : Phổ laser GaAs 58 Hình 2.28 dạng phổ laser GaAs Đường : Mật độ dòng thấp 11 OOOA/cin' độ rộng vạch phổ lớn - độ đơn sắc Đường : Mật độ dòng cao 19.000A/cm“ độ rộng vạch phổ nhỏ - độ đơn sắc cao Góc khối chùm laser đạt l'* theo phưcmg nằm ngang 6^ theo phương thẳng đứng Đặc trưng kỹ thuật laser bán dẩn : Độ rộng vạch phổ (10 -7- 15) A Công suất xạ : 100 w xung : hiệu suất 50 -í- 80 % Góc mở 0,1 ^ 6® Ri3 L — Rg nu X Re I— I— Rs Riũ Ri - -R2 R4 V V * - ? ^ ¥ ' đoi ' Lazer bán dẫn Hình 2.29 : Sơ đổ điều chế xung kích laser bán dẫn u điểm laser bán dẫn có hiệu suất cao Cường độ xạ điều chế qua dòng bom Tần số giới hạn điều chế tới 10 " GHz (vì thời gian sống hạt tải cỡ 10~" see) Sự thay đổi tần số laser bán dẫn thực phương pháp : - Thay đổi thành phần tạp chất - Thay đổi nhiệt độ - Co hẹp chiều dọc (hoặc hai phía) tinh thể 59 [...]... A m pe của lốp chuyên tiếp p - n 1. 3 .1 Phân cực ngược Khi ta mắc V|,g có cực dương vào bán dẫn n và cực âm vào bán dẫn p, lúc đó miền nghèo mở rộng và độ cao hàng rào Ihế năng tăng lên (hình 1. 8 a) : K + v„ Trạng thái càn bằng nhiệt động bị phá vỡ Khi đó mật độ dòng khuếch tán qua miền tiếp xúc p - n theo (1 -1 2 ) và (1 -1 3 ) giảm Mật độ dòng cuốn (1- 14), (1 -1 5 ) không thay đổi, vì khi tăng...Y = ( 1- 7 ) +qpPI-lp q^, Qp : Điện tích của điện tử và lỗ trống ; fip : Độ linh động của điện tử và lỗ trống Độ dãn này được gọi là độ dãn riêng của bán dẫn Độ dẫn riêng còn gọi là độ dãn của bán dẫn không tạp chất Bán dẫn không tạp chất còn được ký hiệu là bán dẫn loại ị Độ dẫn riêng thường là không lớn Hơn nữa độ dẫn điện tử và độ dẫn lỗ trống đều chỉ là do chuyển động của điện tử trong bán dẫn (điện... hình 1. 9a 1. 3.2 Phân cực thuận Khi mắc Vjj, có cực dương vào bán dẫn p và cực âm vào bán dẫn n Miền nghèo của lớp chuyển tiếp p - n hẹp lại, độ dẫn của nó tăng lên Vì dưới tác dụng của V((, các điện tử e sẽ chuyển động về phía p còn lỗ trống chuyển động về phía n Vịf, đặt vào ỉàm cho hàng rào thế hạ xuống một lượng Vịị, (hình 1. 8b) và tạo điều kiện cho sự phun hạt tải cơ bản lỗ trống từ p sang n và e... (1 -1 8 ) Đặc trưng V - A phù hợp (1 -1 8 ) cho trên hình 1. 9a 15 + v,h - ^Ih u Vth *Pk k i ĩ E Ecp E cn Ef Evp v,h Epn I-I' -^X ■vn b) Hình 1. 8 : Hàng rào thế và giản đồ năng lượng của chuyển tiếp p - n khí phân cực ngược (a) và phân cực thuận (b) Vng.đth 16 ở điện áp ngược V > (4 -ỉ- 5) (Py = 0, IV -ỉ- 0 ,13 V) Thành phần thứ nhất trong ^ng (1 -7 ) (thành phần dòng khuếch tán) IqC có thể bỏ qua và. .. này là độ dẫn điện tử gọi là bán dẫn loại n Trong bán dẫn loại n thì điện tử là hạt rải cơ bản, lỗ trống là hạt tải không cơ bản Mật độ điện tử trong bán dẫn loại n được tính : Ep - E (1- 8 ) kT Từ đây ta xác định được vị trí của mức Fecmi trong bán dẫn loại n : Ep = Ep + kT In n n (1- 9) v"ì y Như vậy : Mức Fecmi trong bán dẫn tạp loại n sẽ dịch lên gần với vùng dẫn Độ dịch lên càng nhiều khi mật độ tạp... (Pt- In (1- 17 ) Pn kT (Pt- = — = thế nhiệt (T = 300K thì (Pt =0,026 V) n„, Rp : Mật độ điện tử trong bán dẫn n và p Pp, p„ : Mật độ lỗ trống trong bán dẫn p và n (ở chuyển tiếp loại Ge : (Pj^ = (0,3 -r 0 ,4)V Si : (Pk = ( 0 ,7 ^ 0 ,8 ) V Như vậy khi không có trường ngoài đặt vào thì ở chỗ chuyển tiếp p - n có sự cân bằng nhiệt động Lúc đó mức Fecmi ở hai loại bán dẫn nằm ngang nhau (hình1.7) 14 1. 3 Đ... cấm và gần đáy vùng dẫn gọi là mức Đonor (mức cho) Mức Ejj cách vùng dẫn AE¿ « 10 AE nên ở nhiệt độ phòng các điện tử ở mức tạp chất dễ dàng chuyển hết lên vùng dẫn để lại các lỗ trống trên mức (nút mạng có nguyên tử tạp chất trở nên ion điện tích dưoTig) Số lượng các điện tử từ mức nhảy lên vùng dẫn rất lớn hơn số điện tử từ vùng hoá trị nhảy lên vùng dẫn Như vậy độ dẫn của bán dẫn tạp này là độ dẫn. .. ở đó : d^íp (1- 21 ) ee, d ỉ 1. 4 .1 Chiều rộng của lớp chuyển tiếp p - n Khi cho một khối bán dẫn loại p tiếp xúc với khối bán dẫn loại n thì sự phân bố điện tích khối ở mặt tiếp xúc đó có dạng nhảy bậc như hình 1 10 Phuofng trình Poisson ở đây là : x^>x>0 ^ -x „ < X ^ = dx^ < 0 -> s ĩỉá eeo £ 8, dx : Mật độ nguyên tử Đonor trong bán dẫn loại n Na : Mật độ nguyên tử Axeptor trong bán dẫn loại p Với... Điện áp ngoài cùng p ' 1 í ' ■ Epn n 1 4- 1i /*l 1i — dấu với Ọị^ vì vậy chiều cao hàng rào thế tăng, độ rộng d cũng tăng lên (hình 1 11 ) 3) Vthuận Qv í 1 ^ — I •! -ị I Hình 1. 11 : a) Độ rộng lớp chuyển tiếp khi phân cực thuận ; b) Độ rộng lớp chuyển tiếp khi phân cực ngược 20 b) Vngược n 1. 4.2 Điện dung của lớp chuyển tiếp p - n Như trên vừa trình bày, khi điện áp đặt vào chuyển tiếp p - n thay... (1- 25) ta rút ra : 1 = f(V ) C'^ Từ đó có thể xác định a và( pj^ 1. 5 Đ ạ c trưng V - A của cấu trúc p - ĩ - n Điốt có bazơ là một vùng dẫn kim loạỉ tiếp xúc 1 phía với bán dẫn loại p, 1 phía với bán dẫn loại n gọi là điot p - i - n Khi đặt điện áp 1 chiểu từ p -> i thì các lỗ trống được phun từ p ^ i còn điện tử được phun từ n -> i Các lỗ trống phun qua bazơ thường được tái hợp với điện tử, có 1 phần ... theo (1 -1 ) v (1 -1 ) gim Mt dũng cun (1- 14), (1 -1 ) khụng thay i, vỡ tng V|^g ch lm lóng tc cun cỏc ht ti ch khụng lm tng mt ca chỳng Dũng chy qua tip xỳc p - n lỳc ny l : ve- -ỡ) (1 -1 )... tr sut ca in mụi M = ( 10 ' - 10 '^) Kim loi H - H 10 -đ 10 -'' Bỏn dn in mụi H h 10 ^ 10 c, [O.cm] Hỡnh 1. 1 : in tr sut ca cỏc vt liu Khi ch to dng c bỏn dn v cỏc mch vi in t, ngi ta thng dựng... ngc : in ỏp ngoi cựng p ' ' Epn n 4- 1i /*l 1i du vi ^ vỡ vy chiu cao hng ro th tng, rng d cng tng lờn (hỡnh 11 ) 3) Vthun Qv 1^ I ! - I Hỡnh 1. 11 : a) rng lp chuyn tip phõn cc thun ;