Đang tải... (xem toàn văn)
Khi ñöa caùc nguyeân töû taïp chaát thuoäc nhoùm V vaøo Ge hay Si, trong vuøng caám xuaát hieän caùc möùc naêng löôïng naèm khoâng xa ñaùy cuûa vuøng daãn.. Taïp chaát coù th[r]
(1)(2)I CẤU TRÚC VÙNG NĂNG LƯỢNG 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
quan tâm đến nhánh E(k) liên quan tới
vùng dẫn vùng hóa trị phạm vi vùng
(3)Vùng dẫn: Vị trí (cực tiểu) thấp nhánh E(k) vùng dẫn xác định đáy vùng dẫn Ta
coù:
Với m1 = m2 = mT : khối lượng hiệu dụng ngang m3 = mL : khối lượng hiệu dụng dọc
Xác định phương pháp cộng hưởng
Cyclotron oz z 2 oy y ox x m k k m k k k k
E(k) = E(ko) +
Tỉ số : xác định tính dị hướng mặt đẳng L m
(4)Vùng hóa trị: Cực đại ba nhánh E(k) vùng hóa trị vị trí k = đỉnh vùng hóa trị
ở tâm vùng Brillouin k = có suy biến lượng; tương tác spin – quĩ đạo làm giảm suy biến phần
* Trong hai nhánh đầu:
+ Trong vùng hóa trị khối lượng hiệu dụng tính bởi:
5 C B
A
m m
2
p
(5)Có hai loại lỗ trống: + Lỗ trống nặng:
5 C B A m m 2 naëng p
+ Lỗ trống nhẹ:
5 C B A m m 2 nheï p
* Nhánh thứ ba:
Khối lượng lỗ trống:
A m
(6)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 vùng B (khác k)
(7)Định nghóa
Chất bán dẫn chất có độ độ dẫn điện
nằm khoảng:
Từ 10-10 -1 cm-1 (điện môi) đến 104 106 -1 cm-1 (kim loại )
(8)(9)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
chất bán dẫn phụ thuộc nhiều vào yếu tố
bên ngồi nhiệt độ, áp suất, điện trường, từ
(10)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
chất thay thế
hay nằm xen kẽ vào nút mạng tạp
(11)(12)Các chất bán dẫn hợp chất
Chất bán dẫn hợp chất ( AxB8-x ) :
Chất bán dẫn nhiều thành phần
(13)Tạp chất làm thay đổi nhiều độ dẫn điện chất bán dẫn
Pha tạp chất Bo vào tinh thể Si theo tỷ lệ : 105 làm tăng độ
dẫn điện Si lên 1000 lần nhiệt độ phòng
Nồng độ tạp chất ( cm-3)
Si
N P
GaAs
N P
ni 2.105 7.107
1014
1015
1016
1017
1018
10
40 180 4,5 12 0,6 1,8 0,1 0,3 2,5.10-2 6,2.10-2
12 160 0,9 22 0,2 2,3
9.10-3 0,3
2,1.10-3 3,5.10-2 Sự phụ thuộc điện trở suất (cm) Si
(14)(15)Sự phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ
• Kim loại : Điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ gần tuyến tính
1 t (t to )
o
t
1 (t t )
R
Rt o t o
với t = điện trở suất nhiệt độ t (oC)
o = điện trở suất nhiệt độ tham chiếu
to ( thường 20oC) at = hệ số nhiệt điện trở suất
(16)Vật liệu Đ trở suất
(m)
Hệ số nhiệt trên độ C
Độ dẫn điện
x 107 /m
Baïc 1.59 x10-8 0061 6.29
Đồng 1.68 x10-8 0068 5.95
Nhoâm 2.65 x10-8 00429 3.77
Tungsten 5.6 x10-8 0045 1.79
Saét 9.71 x10-8 00651 1.03
Baïch kim 10.6 x10-8 003927 0.943
Manganin 48.2 x10-8 000002 0.207
Chì 22 x10-8 0.45
(17)Chất bán dẫn :
Điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ theo hàm mũ : giảm nhiệt độ tăng
) kT
A exp(
o
T
(18)Sự dẫn điện Si nhiệt độ T = K
Si4+ (Ge4+) : electron ( liên kết lai sp3)
Không có electron vùng dẫn
Vùng dẫn
(19)Sự dẫn điện Si nhiệt độ T > K
Vuøng dẫn
(20)Tạp chất chất bán dẫn Tạp chất thay
(21)Đô-no
Chu kỳ Nhóm
Ac-xep-to
Tạp chất đô- no ac-xep-to
(22)(23)Nguyên tử As chỗ nguyên tử Ge nút:
bốn hóa trị As liên kết với bốn nguyên tử Ge lân cận
electron hóa trị thứ năm liên kết lỏng lẻo
với nguyên tử As chuyển động tương
đối tự phạm vi rộng xung quanh nguyên tử As gốc hạt tải điện electron As gọi tạp chất cho (Donor)
bán dẫn bán dẫn loại n
(24)Chú ý: Các electron nằm mức tạp chất không
hoàn toàn tự electron vùng dẫn mà
phân bố gần tâm tạp chất mức tạp mức định xứ
Để tách electron thứ khỏi nguyên tử As ta dùng công thức lượng liên kết nguyên tử Hydro:
4 13,6(eV)
2
me
E 2
o
i
Nhöng thay m m*; o or
Năng lượng ion nguyên tử tạp chất As:
2 r
i m
* m
, 13 E
(25)mo - khối lượng electron tự e - điện tích electron
o - số điện môi chân không
h - số Planck n - số lượng tử
Trong trạng thái n = 1, EH = - 13,6 eV
Năng lượng liên kết
) eV (
n , n
) (
e m E
o o
H 2 2 2
4 1 13 6
4
2
(26)Ge : m* = 0,22 mo r = 16
Ei = 0,01 eV
Si : m* = 0,33 mo r = 12
Ei = 0,031 eV
2 4
4
2( )
e m E
r o * i
Năng lượng ion hóa tạp chất đơ-no
Với phép gần dùng, lượng ion hóa cho nguyên tử tạp chất thuộc nhóm V
(27)Chất bdẫn Eg (eV)
ở 273 K
Khối lượng
hiệu dụng m*/mo Hằng số điện môi
Electron Ltrống
Ge 0,67 0,2 0,3 16
Si 1,14 0,33 0,5 12
InSb 0,16 0,013 0,6 18
InAs 0,33 0,02 0,4 14,5
InP 1,29 0,07 0,4 14
GaSb 0,67 0,047 0,5 15
(28)Khi đưa nguyên tử tạp chất thuộc nhóm V vào Ge hay Si, vùng cấm xuất mức lượng nằm không xa đáy vùng dẫn
Tạp chất cung cấp điện tử dẫn điện : tạp chất đô-no
và mức tạp chất gọi mức đô-no
Sự xuất mức lượng tạp chất vùng cấm
(29)Mức lượng tạp chất
(30)Chất bán dẫn loại N : chất bán dẫn có chứa tạp chất đôno. n >> p
(31)SỰ PHỤ THUỘC CỦA
NỒNG ĐỘ ĐIỆN TỬ DẪN VAØO NHIỆT ĐỘ Nồng độ electron từ mức Donor nhảy lên vùng dẫn:
kT
E exp
A
n D
D D
AD : hệ số tỉ lệ
ED : lượng ion hóa nguyên tử tạp chất (lấy gốc lượng đáy vùng dẫn); ED << Eg
kT
E LnA
(32)Ở nhiệt độ T không cao: số electron mức
ED nhảy lên vùng dẫn
Các electron vùng dẫn chủ yếu
electron từ mức ED nhảy lên
Mật độ ne electron vùng dẫn lớn
rất nhiều so với mật độ lỗ trống np vùng hóa trị
Hạt tải điện chủ yếu (cơ bản) electron
Bán dẫn loại N
Đường biểu diễn lnnD theo đường thẳng có
(33)Ở nhiệt độ T đủ cao cho toàn electron
mức ED nhảy hết lên vùng dẫn, tiếp tục tăng nhiệt độ nồng độ electron vùng dẫn không tăng đường ngang
D3 D2 D1
kT
1 Ln nD
Ở nhiệt độ T cao
cho electron vùng
hóa trị nhảy lên
vùng dẫn số electron
(34)miền dẫn điện tạp chất
kT E exp
~
n d
2
kT E exp
~
n g
2
Sự phụ thuộc nồng độ điện tử dẫn vào nhiệt độ
(35)Ln n
ND3 ND2 ND1
1/2kT
(36) chứng tỏ electron từ vùng hóa trị nhảy lên
vùng dẫn trước hết electron mức ED lượng ion hóa nguyên tử tạp chất giảm
Khi tăng nồng độ tạp chất ND phần nằm
ngang đường biểu diễn LnnD theo giảm
và đạt tới nồng độ thích hợp đoạn nằm ngang biến
kT
1
ND2 ND1
(37)•GIẢI THÍCH
•Khi có nhiều tạp chất khoảng cách
nguyên tử tạp giảm chúng tương tác
mức lượng ED mở rộng thành vùng Tới
mức vùng mở rộng chạm vào đáy vùng dẫn
lượng ion hóa Nồng độ electron tự
do không đổi từ nhiệt độ thấp Nhiệt độ bắt đầu
trình dẫn điện riêng (đến electron từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn)
Chất bán dẫn kim loại
(38)(39)Khi đưa nguyên tử tạp chất thuộc nhóm III vào Ge hay Si, vùng cấm xuất mức lượng nằm không xa đỉnh vùng hóa trị
Tạp chất cung cấp lỗ trống dẫn điện : tạp chất
ac-xep-to mức tạp chất gọi mức ac-xep-to
Sự xuất mức lượng tạp chất vùng cấm
(40)Chất bán dẫn loại P : chất bán dẫn có chứa tạp chất ac-xep-to p >> n
(41)Một nguyên tử B thay nguyên tử Si nút mạng; dùng ba electron hóa trị liên kết với nguyên tử Si lân cận
nhưng thiếu electron hóa trị nên ngun tử B có xu hướng lấy thêm electron nguyên tử Si lân cận Năng lượng cần thiết để thực điều nhỏ nhiều so với Eg
tạo thành mức lượng tạp EA vùng cấm gần đỉnh
vùng hóa trị
nguyên tử Si bị chiếm electron thiếu
electron tạo thành lỗ trống
electron nguyên tử Si dễ dàng nhảy vào lỗ
(42)SỰ PHỤ THUỘC NỒNG ĐỘ CỦA LỖ TRỐNG VAØO NHIỆT ĐỘ
Ở nhiệt độ thường electron vùng hóa trị lấp đầy
mức tạp EA bị giữ đó; lỗ trống di chuyển tự vùng hóa trị hạt tải tự chủ yếu
Tạp chất nhóm ba gọi tạp chất nhận
(acceptor) – mức tạp xuất vùng cấm EA gọi mức Acceptor Bán dẫn loại P
Trong bán dẫn loại P: np >> nn , với np nồng độ lỗ trống vùng hóa trị, nn nồng độ electron vùng dẫn
Lỗ trống hạt tải điện chủ yếu bán dẫn loại P
(43)(44) Nồng độ electron :
Đơn vị no vaø po [ cm -3]
Nồng độ lỗ trống :
Ec Ec’ Vùng dẫn
Ev Ev’
Vùng hóa trị
Nồng độ hạt tải điện chất bán dẫn
Nồng độ hạt tải điện (nO và po) điều kiện cân bằng.
(45)Nồng độ electron vùng dẫn
c1
c
E E
o g(E) f (E)dE
n
g(E) mật độ trạng thái
2 1 2 3 2 2
4 n ) / (E Ec ) /
h m ( ) E (
g
mn khối lượng hiệu dụng electron vùng dẫn Ec lượng đáy vùng dẫn
Eci: lượng mức i vùng dẫn
hàm phân boá Fermi- Dir c:ắ 1
(46)mở rộng giới hạn lấy tích phân đến vô ( E lớn , f(E) tiến đến )
NỒNG ĐỘ ELECTRON TRONG VÙNG DẪN CỦA CHẤT BÁN DẪN KHÔNG SUY BIẾN
Với chất bán dẫn không suy biến : Ec – EF >> kT Có thể dùng gần sau :
kT E E
exp )
E (
f F
(47)kT E x
:
Đặt
Chọn EC = ; ECi , ta coù:
dE e E e h m
n 0 kT
E kTF E / 2n
o
dx e x e h kT m 2 4
n 0 x
1 kTF E / n
o
(48)Theo định nghóa tính chất hàm Gamma : ) ( ) n ( ) n ( ) n ( dx e x ) n
( n x
2 1 1 1 0 1 ) kT E E exp( N kT E exp ) h kT m (
no n 2 F c F c
3 2 2 2 2 3 2 2 2 ) h kT m (
Nc n mật độ trạng thái rút gọn vùng dẫn
) cm ( T m m . , h kT m N / / o n / n
c 3 2 3
2 3 15
2 3
2 4 831 10
2
2
(49)kT E E exp N kT E E exp ) h kT m (
p p 2 v F v v F
3 2 0 2 2 2 3 2 2 2 ) h kT m (
Nv p mật độ trạng thái rút gọn vùng hóa trị NỒNG ĐỘ LỖ TRỐNG TRONG VÙNG HĨA TRỊ
CỦA CHẤT BÁN DẪN KHÔNG SUY BIẾN
Tương tự: nồng độ lỗ trống vùng hóa trị điều kiện cân bằng: kT F E V E V
o N e
P
EV : lượng đỉnh vùng hóa trị
kT V E C E / p n o
o m m e
h kT p n
m m e const h kT p n kT g E / p n o
o
(50)Nồng độ hạt tải điện riêng
Với chất bán dẫn cho trước nhiệt độ T cố
định, tích n0p0 soá :
n0p0 = const
Với chất bán dẫn riêng (sạch = tinh khiết): n0 = p0 = ni kT E exp ) m m ( ) h kT (
n 43 g
p n i
m m e const h kT p n kT E / p n o o g
3
(51)Điều kiện trung hòa điện chất bán dẫn Mức Fermi
Với chất bán dẫn bất kỳ, điều kiện trung hòa điện
NA p ND
n0 0
) kT E E exp( N ) kT E E exp(
Nc F c v v F Chất bán dẫn riêng : no = po
kT E E exp N N kT E
exp c v
c v
F
2
3 p c v
v c
v E E kT ln m E E
N ln kT
E
NA- , N
D+ tương ứng nồng độ ion acxepto nồng độ ion đôno
(52)Ở T = 0K : bán dẫn riêng 0K mức Fermi nằm vùng cấm2
E E
EF C V
Khi T : Vì mp mn mức EF lệch khỏi tâm vùng cấm
Bán dẫn loại N : mức EF lệch nửa vùng cấm,
nồng độ acceptor nhiều, mức EF gần đáy EC vùng dẫn
Bán dẫn loại P : mức EF lệch nửa vùng cấm,
(53)Mức Fermi chất bán dẫn
Chaát bán dẫn riêng
2 4
3 c v
n p
Fi m E E
m ln kT
E
Vùng dẫn
Vùng hóa trị
Ec
Ev EFi
Vùng dẫn
Vùng hóa trị
Ec
Ev
Vùng dẫn
Vùng hóa trị
Ec
Ev EF
EFi
(54)Ở điều kiện cân nhiệt động:
Quá trình sinh = Quá trình tái hợp
go = ro = nopo
Với go số cặp điện tử – lỗ trống sinh nhiệt đơn vị thể tích
ro số cặp điện tử – lỗ trống bị tái hợp đơn vị thời gian
Các hạt tải điện không cân bằng
Trong bán dẫn, tạo thành cặp electron – lỗ trống tạo nên thay đổi lớn độ dẫn điện thể tích gọi hạt tải điện dư hạt tải
điện không cân
Trong kim loại, thực tế ta làm
(55)Cách tạo hạt tải điện không cân bằng:
+ Chiếu sáng chất bán dẫn ánh sáng có lượng photon:
= hf Eg
+ Dùng chùm hạt có lượng cao chùm electron, proton, hạt , tia X, tia , …
chiếu vào
(56)Khi tạo thành, động hạt tải điện không cân vượt xa lượng nhiệt trung bình hạt tải điện cân
(57)Nồng độ hạt tải điện
n = n0 + n ; p = p0 + p
kT E exp h ) kT m ( dE ) E ( f ) E ( g n kT E exp h ) kT m ( dE ) E ( f ) E ( g n Fn n e F n 3 2 3 3 2 3 0 0 2 2 2 2
(58)kT E E
n
n o exp Fn F kT
E E
p
p o exp F Fp
kT E E
p n
np o o exp Fn Fp
EFn EFp tương ứng gọi chuẩn mức Fermi điện tử lỗ trống
(59)Thời gian sống
Với chất bán dẫn điện riêng n = p
) (
)
( o o r o o
r r
o np n p p n n p n n p
g dt dp dt dn
Trường hợp kích thích yếu n << n0 + p0
n dt dn ) ( o o
r n p
n n(0)exp t
thời gian mà sau nồng độ hạt tải điện
(60)Trường hợp kích thích mạnh n >> n0 + p0
( n) n
dt
dn 2
r
Trong chất bán dẫn tạp chất, nói chung n p
n 1
(61)Các trình tái hợp chất bán dẫn
Thời gian sống hạt tải điện trình tái
hợp xẩy bên chất bán dẫn quy định Có thể phân loại q trình tái hợp thành
+ Tái hợp vùng - vùng
+ Tái hợp thông qua tâm vùng cấm + Tái hợp mặt
Nếu chất bán dẫn đồng thời xẩy trình tái hợp nói thời gian sống hạt tải điện
được tính theo cơng thức :
1 1 1 1
(62)Tiếp xúc kim loại - chất bán dẫn
Tiếp xúc kim loại - chất bán dẫn
Dòng phát xạ nhiệt điện tử Cơng nhiệt điện tử
Điện tử nằm tinh thể chịu tương tác Coulomb từ phía ion dương mạng
Một điện tử muốn thoát khỏi chất rắn cần tốn lượng xác định
Mật độ dịng phát xạ nhiệt điện tử ( dịng điện tích điện tử chân không đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích vật liệu nhiệt độ T ) :
kT AT
js exp
được gọi dòng phát xạ nhiệt điện tử
A số không phụ thuộc vào vật liệu
3
2
4
h
ek m
(63) = E0 - EF là công bứt điện tử
Ev Ec Eo
EF
EF E
F
(64)Giản đồ vùng lượng lớp chuyển
Giản đồ vùng lượng lớp chuyển
tiếp kim loại - chất bán dẫn
tiếp kim loại - chất bán dẫn
Giả sử chất bán dẫn loại N có cơng
điện tử BdN < KL
Số electron thoát
khỏi chất bán dẫn để sang kim loại
sẽ lớn số
(65)phía kim loại có tích điện âm cịn phía chất
bán dẫn số điện tử để lại ion đơno
dương khơng trung hịa
xuất điện trường ranh giới E0 hướng từ chất bán dẫn sang kim loại
Điện trường ngăn cản chuyển động
electron từ chất bán dẫn sang kim loại không ảnh hưởng đến electron chuyển động từ kim loại sang chất bán dẫn
Khi cân : ranh giới hai vật liệu xuất
(66)Ở trạng thái dừng, dòng electron từ chất bán dẫn sang kim loại jBD dòng electron từ kim loại sang chất bán dẫn jKL
kT eU AT
j BD
BD
2 exp
kT AT
j KL
KL
exp =
(67)Trong trường hợp KL < BD-N ,
miền điện tích thể tích có điện trở nhỏ nên gọi lớp đối ngăn
(68)Mức chân không
Kim loại - BD loại N
Mức chân không
(69)Đặc trưng Volt – Ampere chuyển tiếp Kim loại – Bán dẫn
Khi chưa đặt điện áp lên hệ kim loại – bán
daãn:
jKl = jBd = js
Dòng điện tổng cộng qua lớp tiếp xúc kim loại –
bán dẫn:
j = jKl - jBd =
Khi đặt điện áp lên hệ hình thành lớp ngăn (Kl >
Bd) điện trở lớp ngăn lớn nên toàn điện áp
(70)Phân cực thuận
Vngoài = V = Bd - Kl >
Điện áp V tạo nên điện trường ngược chiều với điện trường tiếp xúc làm giảm hàng rào electron chuyển từ bán dẫn sang kim loại jBd tăng,
jKl = const
jKl = js
kT eV s
o Bd
2
bd kT j e
eV eU
exp AT
j
(71) Dòng điện tổng cộng qua lớp tiếp xúc kim loại
– bán dẫn:
j j j e 1
j kT
eV s
kl bd
KL BD
j
(72)Phân cực nghịch
Vngoài = V = Bd - Kl <
Điện trường chiều với điện trường tiếp xúc, làm nâng hàng rào electron chuyển động từ bán dẫn sang kim loại
jKl = js
kT eV s
o Bd
2
bd kT j e
eV eU
exp AT
j
(73)KL BD
j
V
Dòng điện tổng cộng qua lớp tiếp xúc kim loại
– bán dẫn:
j j j e 1
j kT
eV s
(74) Tổng quát hai trường hợp phân cực thuận
và nghịch:
kT eV exp
js j
j
(75)Trường hợp chọn lớp tiếp xúc có Kl < BdN hay Kl < BdP lớp đối ngăn Dòng điện chạy theo
cả hai chiều kim loại sang bán dẫn hay bán dẫn sang kim loại có điện trở nhỏ tiếp xúc
Omic j
V 0
j
V 0
Tiếp xúc có Kl > Bd Lớp ngăn tiếp xúc
chỉnh lưu diod kim loại – bán dẫn hay diod
(76)Caùc caùch 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 caáy ion
Trong cách chế tạo lớp chuyển tiếp P-N hình thành trên đơn tinh thể
(77)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 đơno dương khơng trung hịa
và bên miền P lại ion acxepto âm khơng trung hịa lỗ trống
Ở ranh giới miền hình thành điện trường hướng từ miền N sang miền P
Điện trường hạn chế trình khuếch tán hạt tải điện
(78)BD-P BD-N Điện trường txúc
Dòng ktán lỗ trống Dòng ktán electron
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 : jn = jns : dòng điện tử từ P sang N
dòng lỗ trống từ P sang N : jp = jps : dòng lỗ trống từ N sang P
dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp j = ( jn + jp ) - ( jps + jns ) = 0
(79)Lớp ngăn
Vùng hóa trị Vùng daãn
EcN EvN
EcN E EcP
EvP
EcP
EvP EF
EF
(80)Khuếch tán
Khuếch tán cuốn
cuốn
P
N
eUo N
N N
EcP
EvP EiP
(81)Miền điện tích thể tích có điện tích cố định (các ion ND+ ion N
A-) nên điện trở miền điện trở miền P N trung hòa
kT E E
exp N
noN c F cN
Trong mieàn N :
n0N p0N = ni2 Khi EF = EiN n0N = ni neân:
kT E E
exp n
noN i F iN
Thế hiệu tiếp xúc
(82)Trong miền P : kT E E exp N
poP v F vP
n0P p0P = ni2
kT E E
exp n
poP i F iP
kT E E
n p
noN oP i2 exp iP iN
kT eU n p n o i oP oN exp EiP EiN EF oN oP oP oN
o kTe Ln nn kTe Ln pp
U
Thế hiệu tiếp xúc :
Thế hiệu tiếp xúc
(83)Chuyển tiếp P – N : đặc trưng Von-Ampe
Xét lớp chuyển tiếp P-N
Có dịng sau chạy qua lớp chuyển tiếp :
+ dịng lỗ trống từ miền P sang miền N : jp ( dòng hạt tải điện )
+ dòng lỗ trống từ miền N sang miền P : jps ( dịng hạt tải điện khơng )
+ dòng điện tử từ miền N sang miền P : jn ( dòng hạt tải điện )
(84)Khi khơng đặt điện áp ngồi vào, dịng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp
j = ( jn + jp ) - ( jps + jns ) = 0
trong
n n oP
ns en L
j
p p oN
ps
L ep
j
Đặt điện áp V lên hệ P-N
Do điện trở lớp điện tích thể tiùch lớn nên gần có
thể xem toàn V sụt hết miền
Xét trường hợp lớp ngăn mỏng để bỏ qua trình
sinh tái hợp hạt tải điện miền EiP
EiN
EF p
oN
(85)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 ( U0 - V )
Chuyển tiếp P – N : phân cực thuận
Dòng lỗ
trống Dòng electron
P N
(86)Sự giảm khơng ảnh hưởng đến dịng hạt tải điện khơng làm tăng dịng hạt tải điện :
kT eV exp L en kT eV exp j j n n oP ns n kT eV exp L ep kT eV exp j j p p oN ps p
Dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp
(87)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 )
Chuyển tiếp P – N : phân cực ngược e(Uo+V)
V
(88)kT eV exp L en kT eV exp j j n n oP ns n kT eV exp L ep kT eV exp j j p p oN ps p
Sự tăng khơng ảnh hưởng đến dịng hạt tải điện không làm giảm dòng hạt tải điện :
Dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp
) kT eV )(exp L p L n ( e ) kT eV )(exp j j ( ) j j ( ) j j ( j p p oN n n oP ps ns ps ns p n 1
1
(89)Kết hợp kết trên, viết biểu thức đường đặc trưng Von - Ampe dạng
) kT
eV (exp
j
j s 1
trong lấy dấu + phân cực thuận dấu - phân cực ngược
với j ( j j ) e(n L p L )