NGHIÊN CỨU QUANG TRỞ BÁN DẪN

Tai lieu Mục lục Bài viết Tìm kiếm mới Luận Văn Tài liệu mới Chủ đề tài liệu mới đăng tóm tắt văn bản trong lòng mẹ đánh nhau với cối xay gió ngữ văn 8 đã có lần em cùng bố mẹ đi thăm mộ người thân trong ngày lễ tết đặc điểm chung và vai trò của ngành ruột khoang thuyết minh về con trâu lập dàn ý bài văn tự sự lớp 10 giải bài tập vật lý 8 chuyện cũ trong phủ chúa trịnh giải bài tập vật lý 9 soạn văn tế nghĩa sĩ cần giuộc soạn bài cô bé bán diêm giai bai tap vat ly 8 viet bai tap lam van so 2 lop 9 thuyet minh ve con trau bài ca ngắn đi trên bãi cát sự phát triển của từ vựng tiếp theo ôn tập văn học trung đại việt nam lớp 11 bài tập xác suất thống kê có lời giải bai viet so 2 lop 9 de 1 soan bai co be ban diem ngu van lop 8 HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG info@123doc.org Yahoo Skype GIÚP ĐỠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN VẬT LÝ CHẤT RẮN * - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI SỐ: GVHD: NGUYỄN THỊ MỸ ANH Khoa: Công Nghệ Vật Liệu Nhóm: Pin Hidro Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên Thóng Mỹ Phú Lê Hồng Thái Đồn Minh Phúc Hứa Thiệu Vỹ MSSV V1202767 Tp HCM, tháng 10 năm 2014 NGHIÊN CỨU QUANG TRỞ BÁN DẪN I QUANG DẪN LÀ GÌ ? Quang dẫn tượng quang điện chất bán dẫn chiếu ánh sáng vào Chất quang dẫn chất dẫn điện (điện trở lớn, độ dẫn điện thấp) không bị chiếu sáng dẫn điện tốt (điện trở nhỏ, độ dẫn điện cao) chiếu sáng thích hợp II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA QUANG DẪN Cấu tạo quang dẫn Ta dùng đơn đa tinh thể Nếu dùng đa tinh thể ta tạo màng mỏng cách bốc bay nhiệt chân khơng , ngưng động hóa học , nhiệt phân muối v.v… Hoặc ép bột thành mỏng cho kết tinh lại Nếu dùng đơn tinh thể, ta tạo tinh thể từ pha hơi, từ vật liệu nóng chảy từ dung dịch Nối quang trở vào nguồn điện , ta cho cho dòng I0 chạy qua, quang trở để tối Đó dịng điện tối Nếu rọi quang thơng vào quang trở dọng điện tăng lên I1 Người ta gọi : I*= I0 – I1 dòng điện dòng quang dẫn   Các vật liệu thường dùng làm quang dẫn : Các chất quang dẫn điển hình gecmani (Ge), silic (Si), CdS (cađimi sunfua), Một số loại quang dẫn : Nguyên lý hoạt động : Hiện ứng quang dẫn xảy tượng quang điện (thường xảy với chất bán dẫn) giải thích dựa vào nguyên lý : Khi chiếu xạ điện từ vào chất bán dẫn, lượng photon đủ lớn (lớn độ rộng vùng cấm chất, lượng giúp cho điện tử dịch chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, làm thay đổi tính chất điện chất bán dẫn (độ dẫn điện chất bán dẫn tăng lên chiếu sáng) Hoặc chiếu sáng tạo cặp điện tử - lỗ trống làm thay đổi tính chất điện bán dẫn Hiệu ứng sử dụng photodiode, phototransitor, pin mặt trời Các hạt tải điện xạ gây thường tồn khoảng 10-7 đến 10-1 (s) , bị tái hợp với nhau, rơi vào tâm bắt Thời gian sống hạt tải điện ảnh hưởng nhiều đến tính chất vật liệu quang dẫn III ỨNG DỤNG CỦA QUANG DẪN Pin quang điện ( Pin mặt trời ) a Pin quang điện nguồn điện chạy lượng ánh sáng Pin quang điện biến đổi trực tiếp quang thành điện b Cấu tạo hoạt động   Pin quang điện gồm hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau: bán dẫn loại p (gồm đa số lỗ trống mang điện tích dương) lớp bán dẫn n (gồm đa số electrôn dẫn mang điện tích âm) Giữa lớp p lớp n hình thành lớp đặc biệt gọi lớp chặn, có tác dụng ngăn không cho electrôn di chuyển từ lớp bán dẫn n sang lớp bán dẫn p Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt lớp p lớp xuất nhiều electrôn dẫn Chúng khuếch tán sang lớp n khiến lớp bán dẫn p trở nên nhiễm điện dương lớp n thừa electrơn trở nên nhiễm điện âm   Ở phía lớp p có lớp kim loại mỏng (vừa cho phép ánh sáng qua, vừa có tác dụng dẫn điện) nối với điện cực Điện cực điện cực dương Ở phía lớp n đế kim loại đóng vai trị điện cực âm Nối hai điện cực pin quang điện với mạch ngồi mạch ngồi có dịng điện chiều chạy từ cực dương sang cực âm c Đặc điểm:   Hiệu suất pin quang điện vào khoảng 10% Suất điện động tế bào pin quang điện (tức lớp tiếp xúc p - n trên) từ 0,5 V đến 0,8 V Đo người ta phải ghép nhiều tế bào pin quang điện với thành để có hiệu điện cường độ dịng điện đủ lớn để sử dụng d Ứng dụng:   Dùng máy đo ánh sáng Dùng để cung cấp điện cho tịa nhà lớn, tơ, máy bay, máy tính dùng pin Mặt Trời Diot bán dẫn Photodiode a Cấu tạo nguyên lý hoạt động Xét hai bán dẫn, thuộc loại N thuộc loại P, ghép tiếp xúc Tại mặt tiếp xúc hình thành vùng nghèo hạt dẫn vùng tồn điện trường hình thành hàng rào Vb Khi khơng có điện ngồi đặt lên chuyển tiếp (V=0), dịmg điện chạy qua chuyển tiếp i = 0, thực tế dòng I dịng tổng cộng hai dịng điện ngược chiều: - Dòng khuếch tán hạt sinh ion hoá tạp chất (lỗ trong bán dẫn loại P, điện tử bán dẫn loại N) lượng nhiệt hạt dẫn đủ lớn để vượt qua hàng rào - Dịng hạt dẫn khơng sinh kích thích nhiệt (điện tử bán dẫn P, lỗ trống bán dẫn N) chuyển động tác dụng điện trường E vùng nghèo Hình 8.1: Sơ đồ chuyển tiếp P - N hiệu ứng quang điện vùng nghèo Khi có điện áp đặt lên điôt, hàng rào thay đổi kéo theo thay đổi dòng hạt bề rộng vùng nghèo Dòng điện qua chuyển tiếp: Khi điện áp ngược đủ lớn: , chiều cao hàng rào lớn đến mức dòng khuếch tán hạt trở nên nhỏ bỏ qua cịn lại dịng ngược điơt, i = I0 Khi chiếu sáng điơt xạ có bước sóng nhỏ bước sóng ngưỡng, xuất thêm cặp điện tử - lỗ trống Để hạt dẫn tham gia dẫn điện cần phải ngăn cản tái hợp chúng, tức nhanh chóng tách rời cặp điện tử - lỗ trống Sự tách cặp điện tử - lỗ trống xẩy vùng nghèo nhờ tác dụng điện trường Số hạt dẫn giải phóng phụ thuộc vào thơng lượng ánh sáng đạt tới vùng nghèo khả hấp thụ vùng Thông lượng ánh sáng chiếu tới vùng nghèo phụ thuộc đáng kể vào chiều dày lớp vật liệu mà qua: Trong hệ số α≈105cm-1 Để tăng thông lượng ánh sáng đến vùng nghèo người ta chế tạo điôt với phiến bán dẫn chiều dày bé Khả hấp thụ xạ phụ thuộc lớn vào bề rộng vùng nghèo Để tăng khả mở rộng vùng nghèo người ta dùng điôt PIN, lớp bán dẫn riêng I kẹp hai lớp bán dẫn P N, với loại điôt cần điện áp ngược vài vơn mở rộng vùng nghèo tồn lớp bán dẫn I Hình 8.2: Cấu tạo điôt loại PIN b Chế độ hoạt động - Chế độ quang dẫn: Sơ đồ nguyên lý (hình 8.3a) gồm nguồn Es phân cực ngược điôt điện trở Rm để đo tín hiệu Hình 8.3: Sơ đồ nguyên lý chế độ làm việc Dòng ngược qua điơt: (8.1) Trong IP dịng quang điện: (8.2) Khi điện áp ngược Vd đủ lớn, thành phần ta có: Thơng thường Phương trình mạch điện: Trong VR=RmIr cho phép vẽ đường thẳng tải Δ (hình 8.3b) Dòng điện chạy mạch: Điểm làm việc điôt điểm giao đượng thẳng tải Δ đường đặc tuyến I-V với thông lượng tương ứng Chế độ làm việc tuyến tính, V R tỉ lệ với thông lượng - Chế độ quang thế: Trong chế độ khơng có điện áp ngồi đặt vào điôt Điôt làm việc chuyển đổi lượng tương đương với máy phát người ta đo hở mạch V0C đo dòng ngắn mạch ISC Đo hở mạch: Khi chiếu sáng, dòng IP tăng làm cho hàng rào giảm lượng ?Vb Sự giảm chiều cao hàng rào làm cho dòng hạt dẫn tăng lên, đạt cân Ir = Độ giảm chiều cao ΔVb hàng rào xác định thơng qua đo điện áp hai đầu điôt hở mạch Khi chiếu sáng yếu IP I0 ta có: Trong trường hợp VOC có giá trị tương đối lớn (cỡ 0,1 - 0,6 V) phụ thuộc vào thơng lượng theo hàm logarit Hình 8.4: Sự phụ thuộc hở mạch vào thông lượng Đo dịng ngắn mạch: Khi nối ngắn mạch hai đầu điơt điện trở nhỏ r đó, dịng đoản mạch I I tỉ lệ với thơng lượng (hình 8.5): Hình 8.5: Sự phụ thuộc dịng ngắn mạch vào thơng lượng ánh sáng Đặc điểm quan trọng chế độ khơng có dịng tối, nhờ giảm nhiễu cho phép đo thông lượng nhỏ c Độ nhạy Đối với xạ có phổ xác định, dịng quang điện IP tỉ lệ tuyến tính với thơng lượng khoảng tương đối rộng, cỡ - decad Độ nhạy phổ xác định theo công thức: Với λ = λs Độ nhạy phổ phụ thuộc vào λ, hiệu suất lượng tử λ, hệ số phản xạ R hệ số hấp thụ α Hình 8.6: Phổ độ nhạy photodiode Người sử dụng cần phải biết độ nhạy phổ dựa đường cong phổ hồi đáp S(λ)/S(λP) giá trị bước sóng λP ứng với độ nhạy cực đại Thông thường S(λP) nằm khoảng 0,1 - 1,0 A/W Hình 8.9: Sự phụ thuộc độ nhạy vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, cực đại λP đường cong phổ dịch chuyển phía bước sóng dài Hệ số nhiệt dịng quang dẫn có giá trị khoảng 0,1%/oC d Sơ đồ ứng dụng photodiode - Sơ đồ làm việc chế độ quang dẫn: Đặc trưng chế độ quang dẫn: +Độ tuyến tính cao + Thời gian hồi đáp ngắn + Dải thơng lớn Hình 8.9 trình bày sơ đồ đo dịng ngược chế độ quang dẫn Sơ đồ sở (hình 8.10a): Hình 8.10: Sơ đồ mạch đo dòng ngược chế độ quang dẫn Khi tăng điện trở Rm làm giảm nhiễu Tổng trở vào mạch khuếch đại phải lớn để tránh làm giảm điện trở tải hiệu dụng điôt Sơ đồ tác động nhanh (hình 8.10b): điện trở điot nhỏ K hệ số khuếch đại tần số làm việc Tụ C2 có tác dụng bù trừ ảnh hưởng tụ kí sinh Cpl với điều kiện Bộ khuếch đại phải có dịng vào nhỏ suy giảm nhiệt phải không đáng kể - Sơ đồ làm việc chế độ quang thế: Đặc trưng chế độ quang thế: + Có thể làm việc chế độ tuyến tính logarit tuỳ thuộc vào tải + Ít nhiễu + Thời gian hồi đáp lớn + Dải thông nhỏ + Nhạy cảm với nhiệt độ chế độ logarit Sơ đồ tuyến tính (hình 8.11a): đo dòng ngắn mạch Isc Trong chế độ này: Sơ đồ logarit (hình 8.11b): đo điện áp hở mạch Voc Hình 8.11: Sơ đồ mạch đo chế độ quang áp ...NGHIÊN CỨU QUANG TRỞ BÁN DẪN I QUANG DẪN LÀ GÌ ? Quang dẫn tượng quang điện chất bán dẫn chiếu ánh sáng vào Chất quang dẫn chất dẫn điện (điện trở lớn, độ dẫn điện thấp) không bị chiếu sáng dẫn. .. chất (lỗ trong bán dẫn loại P, điện tử bán dẫn loại N) lượng nhiệt hạt dẫn đủ lớn để vượt qua hàng rào - Dịng hạt dẫn khơng sinh kích thích nhiệt (điện tử bán dẫn P, lỗ trống bán dẫn N) chuyển... bán dẫn n sang lớp bán dẫn p Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt lớp p lớp xuất nhiều electrôn dẫn Chúng khuếch tán sang lớp n khiến lớp bán dẫn p trở nên nhiễm điện dương cịn lớp n thừa electrơn trở