Ôn tập tính chất điện của vật liệu

6/17/2015 Sơ đồ đo độ dẫn điện Biến trở Tính chất điện Vật liệu Nguồn điện Ampe kế Mẫu đo S Tiết diện Vôn kế Khái niệm dẫn điện Độ biến thiên độ dẫn điện vật liệu (VL Kim loại) (VL Bán dẫn) (VL cách điện) 6/17/2015 Cấu trúc vùng lượng vật rắn Cấu trúc vùng lượng vật rắn Vùng lượng Năng lượng Khe vùng Năng lượng Vùng lượng a) (a) Cấu trúc vùng lượng điện tử vật rắn (a) kết mở rộng mức lượng điện tử (b) nguyên tử đứng gần b) Khoảng cách cân Khoảng cách nguyên tử Cấu trúc vùng lượng vật rắn Phân loại vật liệu kỹ thuật điện 6/17/2015 Độ linh động điện tử Phân loại vật liệu kỹ thuật điện Vd: tốc độ đẩy µe : độ linh động điện tử (có đơn vị:cm2/V.s) Độ dẫn điện tỷ lệ với số điện tử tự độ linh động điện tử: n: số điện tử tự do-tức điện tử dẫn đơn vị thể tích : giá trị tuyệt đối điện tích điện tử (1.6x10-19C) Độ linh động điện tử Điện trở suất kim loại Điện trở suất thực kim loại: ρt, ρi ρd: điện trở suất nhiệt độ, tạp chất biến dạng Ảnh hưởng nhiệt độ: Tăng tuyến tính khoảng nhiệt độ > -200oC ρ0, a: số cho riêng kim loại 6/17/2015 Điện trở suất kim loại Điện trở suất kim loại Ảnh hưởng biến dạng đàn hồi (ρd): Ảnh hưởng tạp chất: Gần đúng: A: hàng số phụ thuộc vào kim loại tạp chất ci: phần mol tạp chất kim loại ρα, Vα: điện trở suất riêng phần thể tích kim loại α Điện trở suất hợp kim Cu-Ni theo thành phần tạp chất Vật liệu bán dẫn Cơ chế dẫn điện 6/17/2015 Số phần tử mang điện Tính chất vật liệu bán dẫn (Bán dẫn tinh khiết-Intrinsic semicondoctor) (0.085 + 0.04) m2/V.s 7.02x1012/m3 Ảnh hưởng nhiệt độ Vật liệu bán dẫn 6/17/2015 Ảnh hưởng nhiệt độ Bán dẫn loại n (n-type extrinsic semiconductor) (điện tử vùng dẫn vượt xa lỗ trống vùng hóa trị: n >> p) Bán dẫn loại p (p-type extrinsic semiconductor) (lỗ trống vùng hóa trị vượt xa điện tử vùng dẫn: p >> n) Bán dẫn có phụ gia (Extrinsic semiconductor) thiếu electron (electron acceptor) lỗ trống 6/17/2015 Bán dẫn có phụ gia (Extrinsic semiconductor) Nồng độ electron độ dẫn bán dẫn có phụ gia phụ thuộc vào nhiệt độ nào???? Extrinsic region: All P donor state electrons are excited Freeze-out region: Thermal energy is too low for exciting the electrons from P donor states to the conduction band Intrinsic region: Excitations across the band gap dominate 6/17/2015 6/17/2015 6/17/2015 Ví dụ Ví dụ ρ ρ A NA A Số ions Cl- ô sở là: 8x1/8 + 6x1/2 = Số ions Na+ ô sở là: 12x1/4 + 1=4 Số ions ô sở: 4Na+ + 4ClSố phân tử NaCl ô sở n = 1.81x10-8cm rNa+ = rCl- = 0.98x10-8cm Ví dụ b)  = n A (g/cm3) VC NA Trong đó: n số nguyên tử/ions ô mạng sở A khối lượng nguyên tử (g/mol) VC Thể tích sở (= a3 cho mạng lặp phương) NA Số Avogadro = 6.023 x 1023 atoms/mol Ví dụ Số ngun tử sở: n = 8x1/8 + 6x1/2 + = Số hiệu nguyên tử Z=14: 1s2 2s22p6 3s23p2 Si có cấu trúc giống Kim cương Hằng số mạng aSi = 4.53 Å 10 6/17/2015 Ví dụ TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI TỤ ĐIỆN PHẲNG Điện dung (C) – Điện lượng (Q) C = Q/V (Culong/von, hay Faraday F) C = ε0 A/l A: diện tích bề mặt l: Khoảng cách bề mặt εo: độ từ thẩm chân không (8.85x10-12 F/m) Khi vật liệu điện môi điền đầy tấm: C = ε A/l Trong đó: ε độ từ thẩm môi trường điện môi; ε = εrεo Mật độ điện tích mặt (Khi có chân khơng) D = ε0 E Trong trường hợp điện mơi (còn gọi độ dịch chuyển điện môi) D = εE 11 6/17/2015 l l l (Trong trường hợp điên môi) V/l (Độ phân cực) Ví dụ: Xét tụ điện phẳng song song có diện tích mặt 6.45x10-4 m2 ngăn cách 2x10-3 m điện áp đăt lên tụ điện 10V Giả sử vật liệu có số điện mơi 6.0 đặt vào hai tụ điện, tính: a) Điện dung b) Số lượng điện tích lưu trữ c) Tính độ dịch chuyển điện mơi d) Độ phân cực A = 6.45x10-4 m2 L = 2x10-3 m V = 10 von εr = 6.0 εo= 8.85x10-12 F/m Giải: a) Điện dung: C = ε A/l = εrεoA/l = [6.0x(8.85x10-12 F/m) 6.45x10-4]/2x10-3= 1.71x10-11F/m 12 6/17/2015 b) Số lượng điện tích lưu trữ tấm: Q = CV = (1.71x10-11F/m)x(10V) = 1.71x10-11 C Một số tóm tắt c) Tính độ dịch chuyển điện mơi: D = εE = εV/l = [(6.0)x(8.85x10-12 F/m)]x10V/2x10-3m = 2.66x10-7 C/m2 d) Độ phân cực: P = εo(εr–1)E = D – εoV/l = 2.66x10-7 – [8.85x10-12 ]x(10V)/2x10-3m = 2.22x10-7C/m2 Một số tóm tắt Một số tóm tắt 13 6/17/2015 Một số tóm tắt 14 ... vùng lượng vật rắn Phân loại vật liệu kỹ thuật điện 6/17/2015 Độ linh động điện tử Phân loại vật liệu kỹ thuật điện Vd: tốc độ đẩy µe : độ linh động điện tử (có đơn vị:cm2/V.s) Độ dẫn điện tỷ lệ... với số điện tử tự độ linh động điện tử: n: số điện tử tự do-tức điện tử dẫn đơn vị thể tích : giá trị tuyệt đối điện tích điện tử (1.6x10-19C) Độ linh động điện tử Điện trở suất kim loại Điện trở... loại α Điện trở suất hợp kim Cu-Ni theo thành phần tạp chất Vật liệu bán dẫn Cơ chế dẫn điện 6/17/2015 Số phần tử mang điện Tính chất vật liệu bán dẫn (Bán dẫn tinh khiết-Intrinsic semicondoctor)