bài giảng điện tử đại cương về vật liệu bán dẫn

Chủ đề: Vật liệu bán dẫn Họ tên: Trần Thị Thu Hoài Lớp: Lý k51 Khái niệm Cấu trúc vùng lượng Phân loại vật liệu bán dẫn Lớp chuyển tiếp P-N Ứng dụng vật liệu bán dẫn I Khái niệm Chất bán dẫn vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động chất cách điện nhiệt độ thấp có tính dẫn điện nhiệt độ phịng10 20 1015 1010 10 Điện mơi 100 10 5 10 10 Kim loại Bán dẫn Điện trở suất bán dẫn có giá trị trung gian điện môi kim loại II Cấu trúc vùng lượng Hình 1: Sơ đồ cấu trúc vùng lượng bán dẫn   Tính dẫn điện chất bán dẫn lý giải nhờ lý thuyết vùng lượng: Các chất bán dẫn có vùng cấm có độ rộng xác định Ở ⁰K, chất bán dẫn không dẫn điện Khi tăng nhiệt độ, điện tử nhận lượng nhiệt, lượng mà điện tử nhận thắng lượng vùng cấm điện tử nhảy lên vùng dẫn bán dẫn trở thành chất dẫn điện Khi nhiệt độ tăng, mật độ điện tử vùng dẫn tăng theo Sự phụ thuộc của điện trở chất bán dẫn vào nhiệt độ: E g R R0 exp( ) k BT với: R0 là số, Eg là độ rộng vùng cấm III Các loại bán dẫn 1, Bán dẫn (VD: Silic Germanium)  Ở nhiệt độ thấp, electron hóa trị gắn bó chặt chẽ với nguyên tử nút mạng nên khơng có eletron tự => Chúng chất cách điện Ở nhiệt độ cao, nhiệt làm gãy số nối hóa trị Các điện tử nối bị gãy rời xa di chuyển mạng tinh thể tác dụng điện trường Khi lượng lớn lượng dải cấm, điện tử vượt dải cấm vào dải dẫn điện chừa lại lỗ trống=> Chúng chất dẫn điện Nhận xét Dòng điện chất bán dẫn dịng dịch chuyển có hướng eletron lỗ trống Bán dẫn có số electron số lỗ trống Độ dẫn điện chất bán dẫn tăng nhiệt độ tăng ngược lại Điện trở suất chất bán dẫn giảm có ánh sáng thích hợp chiếu vào 2, Bán dẫn tạp chất a, Bán dẫn loại N - Khi pha nguyên tố có điện tử hóa trị ( As,P…) vào mạng tinh thể chất bán dẫn tinh khiết thuộc nhóm (Si, Ge,…), thu chất bán dẫn loại có khả dẫn điện chủ yếu điện tử ( hạt đa số) gọi chất bán dẫn tạp chất loại N Electron dư Si P nguyên tử P liên kết yếu với nguyên tử P dễ dàng tách khỏi nguyên tử Chất bán dẫn lúc thừa điện tử gọi bán dẫn loại N b, Bán dẫn loại P Nếu pha nguyên tố thuộc nhóm điện tử hóa trị (Al, Ga, B…) vào mạng tinh thể Si xuất liên kết ghép đôi bị khuyết ( lỗ trống) Chỉ cần kích thích lượng đủ nhỏ, nguyên tử tạp chất bị ion hóa tạo nên ion âm ( nhận điện tử) lỗ trống Si As Lỗ trống tạo nên nguyên tử As thiếu e liên kết với nguyên tử Si lân cận Bán dẫn lúc thiếu điện tử gọi bán dẫn loại P  Nếu pha hai loại tạp chất, chẳng hạn P As vào bán dẫn Si bán dẫn bán dẫn loại P bán dẫn loại N, tùy theo tỉ lệ hai loại tạp chất  Như vậy, cách chọn tạp chất nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn, người ta tạo bán dẫn thuộc loại mong muốn Đây tính chất đặc biệt bán dẫn, khiến cho có nhiều ứng dụng IV Lớp chuyển tiếp P-N 1, Sự hình thành lớp chuyển tiếp P-N N + - + - + - + - + - r Etx P Chỗ tiếp xúc loại bán dẫn hình thành lớp chuyển tiếp P-N Lớp gọi vùng nghèo hạt tải điện, gọi tắt vùng nghèo 2, Dòng điện qua lớp chuyển tiếp P-N a Trường hợp phân cực thuận( UPN> 0): Chuyển tiếp P-N phân cực thuận đồ thị lượng b Trường hợp phân cực ngược (UPN