CÁC CHẤT bán dẫn điện (vật lý CHẤT rắn SLIDE) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

Chương VII I CẤU TRÚC VÙNG NĂNG LƯNG CỦA CHẤT BÁN DẪN Từ đường tán sắc E(k) xác định nhiều tính chất vật liệu Thực tế tính chất liên quan tới điện tử (tính chất quang, dẫn điện …) chất bán dẫn hoàn toàn xác định số electron nằm vùng dẫn lỗ trống vùng hóa trị Vùng dẫn: Vị trí (cực tiểu) thấp nhánh E(k) vùng dẫn → xác định đáy vùng dẫn Ta coù: 2 2  ( kx − kox ) + ( ky − koy )  ( kz − koz ) + E(k) = E(ko) 2m1 2m3 [ ] + Với m1 = m2 = mT : khối lượng hiệu dụng ngang m3 = mL : khối lượng hiệu dụng dọc mL Tỉ số : xác định tính dị hướng ⇒ Xác định phương pháp cộng m T mặt đẳng hưởng Cyclotron Vùng hóa trị: Cực đại ba nhánh E(k) vùng hóa trị vị trí k = → đỉnh vùng hóa trị tâm vùng Brillouin k = có suy biến lượng; tương tác spin – q đạo làm giảm suy biến phần * Trong hai nhánh đầu: mp = m + Trong vùng hóa trị khối lượng hiệu dụng C A± B + tính bởi: với A, B, C số không thứ nguyên phụ thuộc vào chất bán Có hai loại lỗ trống: + Lỗ trống nặng: + Lỗ trống nhẹ: * Nhánh thứ ba: mp nặng= mp nhẹ = m C A − B2 + m C A+ B + m p3ï = A Khối lượng lỗ trống: m Khoảng cách ngắn đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị độ rộng vùng cấm Eg Các chất có đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị nằm điểm vùng B (cùng k) → chất có vùng cấm thẳng hay trực tiếp VD: GaAs Ngược lại: chất có đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị nằm điểm II BÁN DẪN TINH KHIẾT BÁN DẪN TẠP CHẤT Định nghóa Chất bán dẫn chất có độ độ dẫn điện σ nằm khoảng: Từ môi) đến 10-10 Ω-1 cm-1 104 ÷ 106 Ω-1 cm-1 (điện (kim loại ) σ chất bán dẫn phụ thuộc nhiều vào yếu tố bên nhiệt độ, áp suất, điện trường, từ trường, tạp chất Bán dẫn hay bán dẫn tinh khiết → không pha tạp chất → gọi chất bán dẫn điện riêng Pha tạp vào chất bán dẫn làm độ dẫn điện thay đổi mạnh ⇒ Bán dẫn tạp chất VÍ DỤ Pha B Si theo nồng độ 1:105 → độ dẫn điện tăng thêm 103 lần Pha tạp với nồng độ thích hợp đạt được: + Chất bán dẫn có độ dẫn điện mong muốn + Chất bán dẫn loại n hay p Khi đưa tạp chất vào tinh thể bán dẫn: tạp chỗ nguyên tử gốc nút mạng → tạp Chuyển tiếp P – N Các cách chế tạo + Phương pháp nóng chảy + Pha tạp trình kéo đơn tinh thể bán dẫn + Phương pháp khuếch tán tạp chất vào chất bán dẫn nhiệt độ cao + Phương pháp cấy ion Trong cách chế tạo lớp chuyển tiếp P-N hình thành đơn tinh thể Chuyển tiếp P – N : điều kiện cân Giản đồ vùng lượng lớp chuyển tiếp P - N Thế hiệu tiếp xúc Khi hình thành lớp chuyển tiếp, có chênh lệch nồng độ hạt tải điện (điện tử lỗ trống) hai miền , xẩy trình khuếch tán sau : điện tử khuếch tán từ miền N sang miền P lỗ trống khuếch tán từ miền P sang miền N ⇒ bên miền N xuất ion đonor dương không trung hòa bên miền P lại ion acceptor âm không trung hòa lỗ trống Chuyển tiếp P – N : điều kiện cân Dòng ktán lỗ trống Dòng ktán electron Điện BD-P BD-N trường txúc Trong miền điện tích thể tích W ranh giới hai miền N P có điện trường tiếp xúc E0 dòng điện tử từ N sang P : điện tử từ P sang N jn = jns : dòng dòng lỗ trống từ P sang N : lỗ trống từ N sang P jp = jps : doøng EcP EvP EF EcN EvN EcP EvP Vùng dẫn Vùng hóa trị Lớp ngă n EF eU o EcN EvN Chuyển tiếp P – N : điều kiện cân EcP EiP P eUo Khuếch tán EvP N N Khuếch tán N N Thế hiệu tiếp xúc Miền điện tích thể tích có điện tích cố định (các ion ND+ ion NA-) nên điện trở miền cácEFmiền − EcN P N Trongđiện miềntrở noN = Nc exp trung hoøa kT N: n0N p0N = Khi EF = EiN n0N = ni nên: EF − EiN noN = ni exp kT n i2 Thế hiệu tiếp xúc Trong miền n0P p0P = ni2 E P: iP EF − EvP E F poP = Nv exp − kT EF − EiP poP = ni exp − kT noN poP = EiP ni exp Thế hiệu tiếp xúc : − EiN kT EiN noN poP ni2 noN kT poP kT Uo = Ln = Ln e noP e poN eUo = exp kT Chuyeån tiếp P – N : đặc trưng VonAmpe Xét lớp chuyển tiếp P-N Có dòng sau chạy qua lớp chuyển tiếp : + dòng lỗ trống từ miền P sang miền N : jp ( dòng hạt tải điện ) + dòng lỗ trống từ miền N sang miền P : jps ( dòng hạt tải điện không ) + dòng điện tử từ miền N sang miền P : jn ( dòng hạt tải điện ) Khi không đặt điện áp vào, dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp j = ( jn + jp ) - ( jps + jns ) = Ln jns = enoP τn Lp j ps= epoN τp EiP EF Đặt điện áp V lên hệ P-N poN v EiN p  Do điện trở lớp điện tích thể tiùch lớn nên gần xem toàn V sụt hết miền  Xét trường hợp lớp ngăn mỏng để bỏ qua trình sinh tái hợp hạt Chuyển tiếp P – N : phân cực P thuận N Dòng lỗ trống Dòng electron Điện áp V tạo điện trường ngược chiều với điện trường tiếp xúc Do hai điện trường ngược chiều nên điện trường tổng cộng lớp chuyển tiếp giảm xuống Thế hiệu tiếp xúc e ( U0e(U - V )o V) Sự giảm không ảnh hưởng đến dòng hạt tải điện không làm tăng dòng hạt tải điện : Ln eV eV jn = jnsexp = enoP exp kT τn kT Lp eV eV j p = j psexp = epoN exp kT τp kT Dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp j = ( j + j )− ( j + j ) n p ns ps Lp Ln eV eV = ( jns+ j ps)(exp − ) = e(noP + poN )(exp − ) kT τn τp kT Chuyeån tiếp P – N : phân cực ngược Miền nghèo e(Uo+ V) V Điện áp V tạo điện trường chiều với điện trường tiếp xúc Do hai điện trường chiều nên điện trường tổng cộng lớp chuyển tiếp tăng lên Thế hiệu tiếp xúc e ( U0 + V ) Sự tăng không ảnh hưởng đến dòng hạt tải điện không làm giảm dòng hạt tải điện : Ln eV eV jn = jnsexp − = enoP − exp kT τn kT Lp eV eV j p = j psexp − = epoN exp − kT τp kT Dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp j = ( jn + j p)− ( jns+ j ps) Lp Ln − eV − eV = ( jns+ j ps)(exp − ) = e(noP + poN )(exp − 1) kT τn τp kT Kết hợp kết trên, viết biểu thức đường đặc trưng Von - Ampe dạng j eV j = js(exp ± − 1) kT lấy dấu + phân cực thuận dấu - phân cực ngược j s Lp Ln với js = ( jns+ j pn) = e(noP + poN ) τn τp Lp Lp Ln Ln js = e(noP + poN ) = eni ( + ) τn τp NAτ n NDτ p phụ thuộc nhiều vào nhiệt ñoä V vanthang@hcmut.edu.vn ... → tạp Các chất bán dẫn nguyên tố Chu kỳ Các chất bán dẫn hợp chất Chất bán dẫn hợp chất ( AxB8-x ) : IV-VI Chất bán dẫn nhiều thành phần Tạp chất làm thay đổi nhiều độ dẫn điện chất bán dẫn Pha... suất, điện trường, từ trường, tạp chất Bán dẫn hay bán dẫn tinh khiết → không pha tạp chất → gọi chất bán dẫn điện riêng Pha tạp vào chất bán dẫn làm độ dẫn điện thay đổi mạnh ⇒ Bán dẫn tạp chất. .. độ electron vùng dẫn Lỗ trống hạt tải điện chủ yếu bán dẫn loại P BÁN DẪN LOẠI P Nồng độ hạt tải điện chất bán dẫn Nồng độ hạt tải điện (nO po) điều kiện cân Với chất bán dẫn điện Đơn(riêng vị