Nghiên cứu các hiệu ứng trong chất bán dẫn aiii bv

Lời cảm ơn Để hoàn thành khoá luận này, đà nhận đ-ợc h-ớng dẫn tận tình chu đáo thầy giáo h-ớng dẫn Thạc sĩ Nguyễn Viết Lan Trong thời gian làm việc với thầy, học hỏi đ-ợc nhiều kiến thức bổ ích mà học hỏi đ-ợc tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc thầy Tôi xin đ-ợc gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật lý tr-ờng Đại học Vinh, bạn gia đình đà nhiệt tình giúp đỡ động viên thời gian qua Mặc dù đà cố gắng để hoàn thiện khoá luận, nh-ng thời gian trình độ hạn chế, khoá luận khó tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận đ-ợc thông cảm, góp ý thầy cô giáo bạn để khoá luận đ-ợc hoàn thiện Vinh, tháng năm 2008 Tác giả Nguyễn Thị Hạnh Mở đầu Lý chọn đề tài Trong cách mạng khoa học công nghệ nay, ngành liên quan đến vật lý chất rắn đà đóng vai trò quan trọng Trong hàng ngũ đông đảo vật liệu chất rắn, chất bán dẫn chiếm vị trí quan trọng, đà đ-ợc quan tâm nghiên cứu nhiều thập kỷ qua Vật lý bán dẫn đà đạt đ-ợc thành tựu to lớn Các linh kiện đ-ợc chế tạo từ vật liệu bán dẫn đà đ-ợc øng dơng réng r·i nhiỊu ngµnh mịi nhän nh- công nghệ sinh học, điện tử viễn thông, y học, phân tích Chính vậy, nghiên cứu tìm hiểu cách đầy đủ đặc điểm, tính chất nh- t-ợng động chất bán dẫn vấn đề cần thiết ngành vật lý chất rắn, từ ta tìm ứng dụng Vì vậy, chọn đề ti: Nghiên cứu c¸c hiƯu øng chÊt b¸n dÉn AIIIBV” Mơc đích nghiên cứu Đề tài nhằm mục đích tìm hiểu sâu chất t-ợng vật lý, từ biết đ-ợc khả ứng dụng kết nghiªn cøu phơc vơ khoa häc kü tht cịng nh- đáp ứng nhu cầu sống thực tiễn Giả thiết khoa học Nghiên cứu hiệu ứng để biết thêm tính chất øng dơng quan träng cđa nã cc sèng T×m hiểu chất hiệu ứng để áp dụng lĩnh vực cụ thể Ph-ơng pháp nghiên cứu Sử dụng công cụ toán học kiến thức vật lý chất rắn để nghiên cứu hiệu ứng Đối t-ợng nghiên cứu * Các hiƯu øng chÊt b¸n dÉn AIII BV * øng dơng cđa c¸c hiƯu øng Bè cơc kho¸ luận Khoá luận gồm có phần: Phần mở đầu Phần nội dung: gồm ch-ơng: Ch-ơng I: Cơ sở lý thuyết hiệu ứng vật lý chất bán dẫn AIIIBV Ch-ơng II: Các hiệu ứng vật lý chất bán dẫn AIII BV Ch-ơng III: ứng dụng hiệu ứng Phần kết luận Ch-ơng I Cơ sở lý thuyết hiệu ứng vật lý chất bán dẫn AIIIBV 1.1 Ph-ơng trình động Boltzmann Trong tinh thể lý t-ởng, tác dụng yếu tố bên hàm sóng điện tử k ( r ) không đổi theo thời gian hàm phân bố điện tử hàm phân bố Fecmi Dirăc f ( r , k ) Nếu đặt tinh thể vào tr-ờng V( r ) trạng thái điện tử vùng Brillouin thay đổi tuân theo ph-ơng trình: dp V F a dt dk  Fa dt ; (1.1) víi F a lực tr-ờng không tuần hoàn t Xung l-ợng  p = p(t ) - p =  F a dt   k (1.2) ë thêi điểm t = 0, trạng thái điện tử đ-ợc xác định hàm phân bố f ( r , k0 ) = f ( r , bëi hàm: p0 ) Tại thời điểm t, phân bố điện tử đ-ợc xác định f ( r , k , t) = f ( r , k ) + t F a (1.3) dt Tõ ®ã, ta cã: df (r , k , t ) f f  r f  k    dt t  r t  k t    f  ( r f v )  ( k f Fa ) t  Lý thuyết thống kê bảo toàn thể tích pha đòi hái (1.4) df (r , k , t ) =0 dt Vì vậy, (1.4) đ-ợc viết lại: f Fa  ( r f v)  ( k f ) t (1.5) Ph-ơng trình (1.5) cho thấy: Sự thay đổi hàm phân bố theo thời gian điểm không gian pha ( r , k ) chuyển động điện tử không gian th-ờng không gian vectơ sóng k Tr-ờng không tuần hoàn gây nên lực F a đ-ợc hiểu tr-ờng vĩ mô bên đặt vào nh- điện tr-ờng , từ tr-ờng B gây nên lực F tr-ờng sai lệch khỏi tr-ờng tuần hoàn tinh thể lý t-ởng nh- nút khuyết, nguyên tử ion tạp chất, dao động nhiệt mạng tinh thể gây nên lực F d Ta cã thÓ viÕt: F a = F + F d thay vào (1.5), ta đ-ợc: f F Fd  (r f v)  (k f )  (k f ) t (1.6) L-ợng thay đổi hàm phân bố lực nội F d gây nên đ-ợc gọi tích phân tán xạ kí hiệu lµ ( f )SC, tøc lµ: t ( Thay F F f )SC = ( k f d ) t (1.7) = k ph-ơng trình (1.7) vào ph-ơng trình (1.6), ta đ-ợc: f f (vr f )  k  k f  ( ) SC t t (1.8) (1.8) ph-ơng trình động Boltzmann dạng tổng quát Trong trạng thái dừng, ph-ơng trình ®éng Boltzmann cã d¹ng: (vr f )  k  k f  ( f ) SC t (1.9) Trong tr-ờng hợp hệ điện tử nằm trạng thái kích thích thời điểm t=0 ta ngắt tr-ờng kích thích, hệ điện tử dần trở lại trạng thái cân Quá trình trở lại trạng thái cân gọi trình hồi phục Ph-ơng trình mô tả trình hồi phục là: f f ( ) SC t t (1.10) Nếu độ lệch hàm phân bố khỏi giá trị cân không lớn lắm, ta giả thiết tốc độ thay đổi hàm phân bố tỉ lệ với độ lệch đó, nghĩa ta viết (1.10) d-ới dạng:     f  f       f (r , k , t )  f (r , k ) t   t  SC víi  (1.11) lµ hƯ sè tØ lƯ, f0 ( r , k ) lµ hàm phân bố hệ nằm trạng thái cân Theo công thức ta thấy ý nghĩa biểu diễn hệ hạt quay trở trạng thái cân nhanh hay chậm Vì ( k ) đ-ợc gọi thời gian hồi phục Ph-ơng trình động Boltzmann chế độ dừng gần thời gian hồi phục có dạng:  v r f  k  k f   f  f0  (k ) (1.12) 1.2 Gi¶i ph-ơng trình động Boltzmann tr-ờng hợp có điện từ tr-ờng tác dụng Trong tr-ờng hợp có điện từ tr-ờng tác dụng, ph-ơng trình động Boltzmann có dạng: f1  (k ) (1.13) f (  v  B )( k f   k f1 )    (k ) (1.14) k k f  e (  v  B ) k f   Ta t×m f = f0 + f1 nh- sau: e k f0 = Thay: f E f  v E  k E (1.15) Chó ý: [ v  B ] v = 0, đồng thời giả thiết gần rằng: e (k f   k f1 )  e k f0 Từ (1.14) ta có: e Đặt: f1 = f e k f  v  B   k f1    (k ) f k  (E) E (1.16) (1.17) Khi ®ã ta cã:  k f1 =  k ( - f f k  (E)) =   E E k f  ( )v E E (1.18) Thay (1.15) (1.18) vào (1.16), đồng thời ý r»ng: v  B   =  B    v vµ v  B  v =       Ta cã: f1 = - e  f E  -   B    v =  f k  E (1.19) Tõ ®ã suy ra:  = Đặt: A= e m*      B  e   m* ; (1.20) e B m* (1.21) Ta đ-ợc:  = A + [   ] Ta cã: (1.22)   = A  + [   ]  = A  [   ] = [ A  ] +[[   ]  ] = [ A  ] +  (   ) -  (   ) =  - A Thay   = A  vµ [ A  ] =  - A vµo ta ®-ỵc: [ A  ] +  ( A  ) -   = -A  (1+  ) = A + [ A  ] +  ( A  )  = A   A      ( A. ) Trong tr-ờng hợp B nhỏ   ( (1.23) e B)  nªn ta cã thĨ bá qua  bªn * m cạnh số hạng khác có dạng:  = A + [ A  ] = e   + m* e2    B m*2 (1.24) Thay (1.24) vào (1.17) ta đ-ợc: f1 = - e f  e    *   B   k * m E m 1.3 Độ dẫn điện 1.3.1 Biểu thức mật độ dòng điện Biết f1 tính đ-ợc mật độ dòng điện: (1.25) J e 4 (Vb ) f1.vd k    e J  * 4 m = e2 4 e 4 m *   (Vb ) f    e    E (k )v.d k  4 m*2 (Vb )  (Vb )      e      k   *   B k v d k m   f E    (Vb ) f e3 ( v)vd k  E 4 m*  (Vb )   f     k   B v d k E f  v   B  v.d k (1.26) E  Ta cã thÓ biÓu diƠn J d-íi d¹ng: J = e2 k 11      e3 k  B 12 m*  (1.27) ®ã k 11 , k 12 hệ số nhiệt động 1.3.2 Hệ số nhiệt ®éng k 11 HÖ sè nhiÖt ®éng k 11 cã thành phần (i,j) nh- sau: k11ij = f   4   E v v d i j (1.28)  k (Vb ) Ta giả thiết mặt đẳng mặt cầu chuyển tích phân theo k công thức (1.28) thành tích phân theo l-ợng Chúng ta biểu diƠn: d  k = dSE dkn ®ã: dSE phần tử diện tích mặt đẳng dkn hình chiếu d k lên pháp tuyến dSE m* m* dE k2 => dk = dE  dE  n * k p v 2m Tõ E = => d k  dS E dE v (1.29) Thay vào (1.28) ta đ-ợc: k =- 4 ij 11 Emax  Emin  vi v j f dE  dS E E ( SE ) v (1.30) Tr-íc hÕt ta tÝnh tÝch ph©n theo mặt đẳng SE: Thay dSE = k2d với d góc khối nhìn dSE từ tâm mặt cÇu vi  ki m* ; vj  kj m * Ta đ-ợc: ; v= k m* vi v j  v (S E ) dS E  ki k j ki k j k3 k d   d *   k m (4 ) k (4 ) m*2 m* (1.31) kx/k = sin  cos  NÕu thay: ky/k = sin  sin  kz/k = cos  d  = sin  d d vµo (1.31) vµ tính tích phân đó, ta thấy tích phân : 4 k 4  2m E    *    ij * ij m 3m   * (1.32) Thay (1.32) vào (1.30) ta đ-ợc: k 11ij = ij 4 Emax  Emin f 4  2m* E  dE   *  3m  E  (1.33)  2m*  12 Chó ý:    E  N ( E ) mật độ trạng thái vïng cho phÐp  h  k = ij 11 Biến đổi (1.33) ta đ-ợc: ij * 3m Emax  Emin E. f N ( E )dE E NÕu hàm f không lệch khỏi f0 nhiều, ta thay k 11ij =  4 ij * 3m  (1.34) f f = Khi đó, ta đ-ợc: E E f  E E N ( E )dE (1.35) ë (1.35), ta ®· thay Emin = Emax = hàm f giảm nhanh E E lớn, nên việc thay không ảnh h-ởng đến giá trị tích phân Từ (1.35) ta thấy k 11 đại l-ợng vô h-ớng a) Đối với bán dẫn suy biến Ta có: - f =  (E-F) Thay vµo (1.35) ta ®-ỵc: E k11 = 3m *   E ( E ) ( E  F ).N ( E )dE =  (F).F.N(F) 3m* (1.36)  2m*  Thay N(F) =   h 3/2 F1/2 vào (1.36), ta đ-ợc:  2m*  k11 = *    3m  h  3/2 F3/2. (F) §èi víi b¸n dÉn suy biÕn, ta cã: 8  2m*  n=    h2  3/2 F3/2 (1.37) với n nồng độ điện tử Vì vậy: k11 = n  (F) m* (1.38) b) §èi với bán dẫn không suy biến f0 = e Ta cã:  ( EF ) kT vµ f f =- E kT (1.39) Thay (1.39) vµo (1.35) ta ®-ỵc: k11 = * 3m  f0  E ( E ) kT N ( E )dE (1.40)  Do n =  f N ( E )dE dn = 2f0N(E)dE nên ta có:  k11 = * 3m kT  2n 0 E ( E )dn = 3m*kT  E. ( E )dn dn Đặt <  > = 3kT  E. ( E )dn thời gian hồi phục trung bình có nhân l-ợng E dn Kết ta đ-ợc: ®ã: k11 = n   m* (1.41) n nồng độ điện tử m* khối l-ợng hiệu dụng điện tử Nếu chế tán xạ cho phép biểu diễn thời gian hồi phục d-ới dạng hàm mũ l-ợng tức Ep ta có: Thật vậy, ph-ơng trình chuyển ®éng cđa ®iƯn tư ë tinh thĨ d-íi t¸c dụng điện tr-ờng viết nh- học cổ điển, thay khối l-ợng tự ®iƯn tư b»ng khèi l-ỵng hiƯu dơng: dp  Fa V dt đây, V điện tử Nhân hai vế ph-ơng trình với v dr ta dt cã: d p p  po d p ( p  po )2 d dV d r dV v    Eo ( p)    * * dt m dt 2m dt dt d r dt hay lµ: Eo ( p)  V (r )  H o ( p, r ) const (2.82) Từ ph-ơng trình (2.82) ta có kết luận: tinh thể, d-ới tác dụng điện tr-ờng ngoài, điện tử chuyển động với bảo toàn l-ợng toàn phần H o, Eo ( p) động điện tử V (r ) điện tử tr-ờng thay đổi ng-ợc chiều V (r ) thay ®ỉi bÊt kú nh-ng Eo ( P) chØ cã thể thay đổi từ EMin đến EMax vùng l-ợng cho phép Trên hình biểu diễn vùng l-ợng tr-ờng hợp điện tr-ờng vùng l-ợng tr-ờng hợp có điện tr-ờng Hình a) Vùng l-ợng điện tr-ờng b) Vùng l-ợng có điện tr-ờng gây nªn tr-êng thÕ V(x) 36 Chóng ta thÊy r»ng møc l-ợng tinh thể bị uốn cong theo quy luật V (r ) Trong tinh thĨ lý t-ëng kh«ng cã bÊt cø mét sai lƯch khỏi tr-ờng tuần hon tinh thể, điện tử tự chuyển động theo đường song song trục hoành để bảo toàn H o (r ) const Vì điện tử dao động điểm A B, C D vùng dẫn Trong tr-ờng hợp hình phù hợp với định luật bảo toàn l-ợng H o const , ®iƯn tư cã thĨ ®i tõ G sang A nhờ hiệu ứng đ-ờng ngầm, nghĩa điện tử từ vùng l-ợng thấp qua vùng cấm sang vùng l-ợng cao trạng thái điện tử đến trống Ta xét hiệu ứng đ-ờng ngầm tr-ờng hợp điện tr-ờng nghĩa V(x) tuyến tính nh- hình vùng hoá trị vùng dẫn Trong điện tr-ờng const V(x) thay đổi tuyến tính theo x, vùng l-ợng bị nghiêng nh- hình Chuyển động điện tử tuân theo quy luật l-ợng toàn phần Ho không đổi nghĩa đ-ờng song song trục x Hình.8: Sự nghiêng vùng l-ợng ®iƯn tr-êng ®Ịu Nh- vËy, chun ®éng cđa ®iƯn tử từ điểm A sang điểm C hình mặt bảo toàn l-ợng toàn phần đ-ợc phép Tuy nhiên, muốn thực chuyển động đó, điện tử phải v-ợt qua hàng rào hình tam giác ABC có đáy AC a với a E c  Ev e ChuyÓn møc nh- vËy thực đ-ợc tr-ờng hợp hạt tuân theo học cổ điển Tuy nhiên, tính chất sóng điện tử, học l-ợng tử đà chứng minh đ-ợc rằng: tồn xác suất khác không cho phép điện 37 tử chui qua hng r¯o thÕ tõ A sang C §ã chÝnh l¯ néi dung hiệu ứng đ-ờng ngầm Xác suất chuyển mức đ-ờng ngầm phụ thuộc vào chiều cao hàng rµo Eg vµ bỊ dµy a cđa hµng rµo, nghÜa phụ thuộc vào điện tr-ờng Những tính toán cụ thể đà dẫn đến biểu thức xác suất chuyển mức đ-ờng ngầm vùng hoá trị vùng dẫn: m *(Eg )3/2  D  Do exp    e    (2.83) 2.5.2 HiÖu ứng Gunn Hiệu ứng Gunn t-ợng phát dao động cao tần dòng điện chất bán dẫn có đặc tr-ng vôn ampe hình chữ N hình 9, sinh xuất tuần hoàn dịch chuyển vùng nhỏ có điện tr-ờng mạnh tinh thể bán dẫn Hiệu ứng nhà vật lý Mỹ J.B.Gunn phát năm 1963 Hình.9 : Đặc tuyến V A tinh thể bán dẫn AsGa có dạng chữ N GaAs InP loại n Trong bán dẫn xảy hiệu ứng , hai vùng với độ Giả sử mẫu có điện tr-ờng trung bình làGunn dài l 1, l có điện tr-ờng lần l-ợt cho điện áp tổng toàn mẫu U 1l1 2l2 Một vùng hẹp có điện tr-ờng mạnh gọi miền điện tr-ờng mạnh nằm hai vùng nh-ng không cố định mà chuyển động điện tử dọc theo mẫu nh- hình 10 Giả sử mẫu GaAs hình kim đồng nh-ng có miền hẹp có điện trở suất cao phần lại Nh- đặt điện áp vào hầu hết điện áp rơi miền dẫn này, miền điện tr-ờng cao phần khác mẫu 38 Nếu điện tr-ờng cao điện tr-ờng ng-ỡng t điện tử cực tiểu miỊn nµy sÏ chun sang cùc tiĨu L cã độ linh động nhỏ chuyển động chậm lại làm cho điện trở suất miền lại tăng điện tr-ờng lại cao Trong miền điện tử Hình.10: Sơ đồ biểu diễn miền điện tr-ờng mạnh xuất điểm không đồng mẫu chuyển động dọc theo mẫu với thời gian hầu hết thuộc cực tiểu L, miền này, ®iƯn tư thc cùc tiĨu  cã ®é linh ®éng cao hơn, chuyển động nhanh Vì vậy, mép sau miền, điện tử miền v-ợt lên làm cho d- điện tử, ng-ợc lại mép tr-ớc miền, điện tử v-ợt lên tr-ớc làm cho thiếu hụt điện tử, nghĩa tạo nên miền điện tích gồm hai nửa trái dấu Miền điện tr-ờng chuyển động từ cực âm đến cực d-ơng Khi miền điện tr-ờng đạt đến cực d-ơng biến phía gần cực âm lại hình thành miền Chính cách mà phát sinh xung điện với tần số lặp lại cao Tần số dao động tỉ lệ nghịch với chiều dài mẫu bán dẫn: f vd L (2.84) đó: vd = 107 cm/s vận tốc hạt dẫn L: độ dài mẫu Với L = 0,1mm, tần số f vào khoảng 1GHz (109Hz), nghĩa nằm vùng siêu cao tần 39 Kết luận ch-ơng II Nh- ch-ơng này, đà làm rõ đ-ợc số hiệu ứng vật lý chất bán dẫn: Hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng Hall HiƯu øng tõ ®iƯn trë HiƯu øng tõ nhiƯt Hiệu ứng từ nhiệt điện Nắm rõ đ-ợc hiệu ứng, từ giúp tìm đ-ợc øng dơng cđa chóng cc sèng 40 Ch-¬ng III øng dơng 3.1 øng dơng cđa hiƯu øng nhiƯt ®iƯn 3.1.1 Nhiệt kế nhiệt điện Cặp nhiệt điện dùng để đo C nhiệt độ cao nhiệt độ thấp mà ta đo đ-ợc nhiệt kế thông th-ờng Để đo nhiệt độ cao, ng-ời ta dùng cặp nhiệt độ nh- hình 11 Đó dụng cụ gồm hai sợi dây D hai kim loại khác có suất nhiệt điện động đà đ-ợc đo tr-ớc Cả A B hai dây đ-ợc đặt ống sứ C Hình 11 Cặp nhiệt độ để bảo vệ cho mối hàn tránh tác dụng hoá học Mối hàn thứ hai đ-ợc giữ nhiệt độ không đổi cách đặt vào bình đựng n-ớc đá chẳng hạn Các đầu A B mạch đ-ợc mắc vào 1milivôn kế hay vào điện kế để đo xác suất nhiệt điện động Dựa vào suất nhiệt điện động đo đ-ợc ta xác định đ-ợc hiệu nhiệt độ T T0 tức xác định đ-ợc T Để đo nhiệt độ không cao ng-ời ta th-ờng dùng cặp nhiệt điện côngxtantan - đồng côngxtantan sắt Để đo nhiệt độ cao nhà máy hay phòng thí nghiệm đến 17000C ta phải dùng cặp nhiệt điện dây làm platin nguyên chất, dây làm hợp kim platin chứa 10% rôđi 3.1.2 Pin nhiệt điện Mắc nối tiếp nhiều cặp nhiệt điện ta đ-ợc pin nhiệt điện, có suất điện động vài vôn c-ờng độ dòng điện tới vài ampe Nh-ng hiệu suất pin nhiệt điện thấp, khoảng 0,1% nên dùng số tr-ờng hợp cần thiết Nhà bác học Iôphê dùng hiệu ứng Peltier để chế tạo thiết bị làm lạnh, thiết bị s-ởi ấm phòng 41 3.2 ứng dụng hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall đ-ợc sử dụng chủ yếu thiết bị đo, đầu dò Các thiết bị th-ờng phát tín hiệu yếu cần đ-ợc khuếch đại Đầu kỷ 20, máy khuếch đại dùng bóng chân không tốn kém, nên đầu đo kiểu đ-ợc phát triển từ có công nghệ vi mạch bán dẫn Ngày nay, nhiều đầu dò hiệu ứng Hall chứa sẵn máy khuếch đại bên 3.2.1 Đo c-ờng độ dòng điện Đầu đo dòng điện dùng hiệu ứng Hall, có sẵn khuếch đại, đ-ờng kính 8mm Hiệu ứng Hall nhạy cảm với từ tr-ờng, mà từ tr-ờng đ-ợc sinh từ dòng điện bất kỳ, đo c-ờng độ dòng chạy qua dây điện đ-a dây gần thiết bị đo Thiết bị có đầu ra: dây nối đất, dây nguồn để tạo dòng chạy Hall, dây Hình 12: Đầu đo dòng điện dùng hiệu ứng Hall cho biết hiệu điện Hall Ph-ơng pháp đo dòng điện không cần tiếp xúc học trực tiếp với mạch điện, hầu nh- không gây thêm điện trở phụ máy đo mạch điện, không bị ảnh h-ởng nguồn điện mạch điện, tăng tính oan toàn cho phép đo Có vài cách để đ-a dây điện mang dòng vào gần thiết bị đo nh- sau: Cuốn dòng cần đo: Dòng điện cần đo đ-ợc quanh thiết bị đo Các độ nhạy ứng với c-ờng độ dòng điện khác đ-ợc thay đổi số vòng quanh thiết bị đo Ph-ơng pháp thích hợp cho ampe kế lắp vĩnh cửu vào mạch điện Kẹp vào dòng cần đo: Thiết bị đ-ợc kẹp vào dây dẫn điện Ph-ơng pháp dùng kiểm tra đo đạc, không lắp vĩnh cửu mạch điện 42 3.2.2 Đo công suất điện Công suất tiêu thụ mạch điện tích c-ờng độ dòng điện hiệu điện mạch Vậy đo công suất cách đo dòng điện (nh- mô tả trên) đồng thời với việc dùng hiệu điện mạch điện để nuôi dòng qua Hall Ph-ơng pháp nh- đ-ợc cải tiến để đo công suất dòng điện xoay chiều sinh hoạt dân dụng Nó th-ờng xác thiết bị truyền thông gây cản trở dòng điện 3.2.3 Xác định vị trí chuyển động Hiệu ứng Hall dùng để xác định vị trí học Các thiết bị kiểu chi tiết học chuyển động đ-ợc chế tạo kín, chịu đ-ợc bụi, bẩn, độ ẩm, bùn lầy Điều giúp thiết bị đo đạc vị trí tiện dụng cụ quang hay điện 3.2.4 Khởi động ô tô Khi quay ổ khoá khởi động ô tô, nam châm gắn ổ khoá quay theo, gây nên thay đổi từ tr-ờng, đ-ợc cảm nhận thiết bị dùng hiệu ứng Hall Ph-ơng pháp tiện không gây hao mòn nh- ph-ơng pháp học khác Ngoài ra, hiệu ứng Hall có nhiều ứng dụng khác 3 Các ứng dụng khác Những năm gần đây, thiết kế máy lạnh, ng-ời ta đà sử dụng hiệu ứng Ettingshausen đà chọn đ-ợc vật liệu kích th-ớc tối -u cho tinh thể làm lạnh, hạ nhiệt độ đầu lạnh tinh thể 100oC Hiệu øng Zener th-êng x¶y chun tiÕp p-n pha tạp mạch Hiệu ứng đ-ờng ngầm gây nên t-ợng đánh thủng lớp chuyển tiếp p-n đ-ợc sử dụng nh- nguyên lý hoạt động điôt ổn áp Zener Hiện t-ợng phát sóng vi ba từ dòng chiều mÉu tinh thĨ cã hiƯu øng Gunn bỊn vµ nhiều so với đèn điện từ chân không, đ-ợc ứng dụng quan trọng RADAR hệ thống viễn thông Tinh thể phát sóng nh- đ-ợc gọi điốt Guun 43 Kết luận ch-ơng III Trong phong trào cách mạng kỹ thuật toàn giới, ngành vật lý chất rắn đứng vị trí bật Trong vật lý bán đẫn đóng góp phần quan trọng Với thành tựu đà đạt đ-ợc, chất bán dẫn thực đà cách mạng công nghiệp điện tử nh- nhiều ngành khoa học, kỹ thuật công nghiệp khác Ng-ời ta tiếp tục nghiên cứu tạo đ-ợc vật liệu bán dẫn đáp ứng với yêu cầu thời đại để lại nhiều ứng dụng sống 44 Kết luận Với mục đích đề khoá luận, vốn kiến thức tích luỹ đ-ợc qua thời gian nghiên cứu, tìm hiểu nh- h-ớng dẫn nhiệt tình giáo viên h-ớng dẫn, khoá luận đà làm rõ đ-ợc số vấn đề sau: Lập giải đ-ợc ph-ơng trình động Boltzmann Tính đ-ợc hệ số nhiệt động Làm rõ nội dung hiệu ứng: Hiệu ứng nhiệt điện Hiệu øng Hall HiƯu øng tõ ®iƯn trë HiƯu øng tõ nhiƯt HiƯu øng tõ nhiƯt ®iƯn øng dơng thùc tế hiệu ứng Do điều kiện thời gian trình độ nh- khả nghiên cứu khoa học hạn chế nên khoá luận khó tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận đ-ợc thông cảm góp ý chân thành thầy cô giáo bạn sinh viên để khoá luận đ-ợc hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! 45 Tài liệu tham khảo Nguyễn Quang Báu, Đỗ Quốc Hùng, Vũ Văn Hùng, Lê Tuấn, Lý thuyết bán dẫn, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004 Đào trần Cao, Cơ sở vật lý chất rắn, Nxb Đại häc Quèc gia Hµ Néi, 2004 Phïng Hå, Phan Quốc Phô, Giáo trình vật lý bán dẫn, Nxb Khoa học kỹ thuật, HN, 2001 Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Hữu Mình, Vật lý chất rắn, Nxb Giáo dục, Hà Nội, 1992 Vũ Thanh Khiết, Điện học, Nxb Giáo dục, 2001 Nguyễn Thị Bảo Ngọc, NguyễnVăn NhÃ, Giáo trình vật lý chất rắn, Nxb Đại học Quốc gia Hµ Néi, 1998 Internet, Google.com.vn 46 Mơc lơc Trang Mở đầu Ch-ơng I: Cơ sở lý thuyết cđa c¸c hiƯu øng vËt lý chÊt b¸n dÉn AIII BV 1 Ph-ơng trình động Boltzmann Giải ph-ơng trình động Boltzmann tr-ờng hợp có điện, từ tr-ờng tác dụng Độ dÉn ®iƯn BiĨu thøc mËt ®é dòng điện Hệ số nhiệt động k 11 3 Độ dẫn điện 10 HƯ sè nhiƯt ®éng k 12 10 Đối với bán dẫn suy biến 10 Đối với bán dẫn không suy biến 11 §é dÉn nhiƯt 11 BiĨu thức mật độ dòng l-ợng 11 HƯ sè nhiƯt ®éng k 21 13 HƯ sè nhiƯt ®éng k 31 13 Độ dẫn nhiệt 14 Ch-ơng II: Các hiệu ứng vật lý chÊt b¸n dÉn AIIIBV 16 C¸c hiƯu øng nhiƯt ®iƯn 16 1 HiƯu øng Seebeck 16 2 HiÖu øng Thomson 20 HiÖu øng Peltier 22 Mèi liên hệ hệ số Seebeck, hệ số Thomson vµ hƯ sè Peltier 23 2 HiƯu øng Hall 24 2 HiƯu øng Hall b¸n dÉn suy biÕn 25 2 HiÖu øng Hall bán dẫn không suy biến 27 47 2 Bán dẫn có tính dẫn hỗn hợp điện tử lỗ trống 27 Hiệu ứng từ điện trở 29 C¸c hiƯu øng tõ nhiƯt 31 HiÖu øng Nernst 31 HiÖu øng Ettingshausen 32 HiÖu øng Righi – Leduc 33 4 Mối liên hệ hƯ sè Nernst, hƯ sè Ettingshausen vµ hƯ sè Righi - Leduc 35 C¸c hiƯu øng tõ nhiƯt ®iÖn 35 HiÖu øng Zener 35 HiƯu øng Gunn 38 Ch-¬ng III øng dơng 41 øng dơng cđa hiƯu øng nhiƯt ®iƯn 41 øng dơng cđa hiƯu øng Hall 42 3 C¸c øng dơng kh¸c 43 KÕt ln 45 Tài liệu tham khảo 46 48 Tr-ờng đại học vinh Khoa vËt lý = = = = == = = Nguyễn thị hạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học Nghiên cøu c¸c hiƯu øng chÊt b¸n dÉn AIIIbV - Chuyên ngành: vật lý chất rắn Vinh - 2008 49 Tr-ờng đại häc vinh Khoa vËt lý = = = = == = = Khóa luận tốt nghiệp đại học Nghiên cứu c¸c hiƯu øng chÊt b¸n dÉn AIIIbV - Chuyên ngành: vật lý chất rắn Giáo viên h-ớng dẫn: Th.S Nguyễn Sinh viªn thùc hiƯn : Líp : Vinh - 2008 50 Viết Lan Nguyễn Thị Hạnh 45B Vật lý ... øng vËt lý chất bán dẫn AIIIBV Ch-ơng II: Các hiệu ứng vật lý chất bán dẫn AIII BV Ch-ơng III: ứng dụng hiệu ứng Phần kết luận Ch-ơng I Cơ sở lý thuyết hiệu ứng vật lý chất bán dẫn AIIIBV 1.1 Ph-ơng... vậy, nghiên cứu tìm hiểu cách đầy đủ đặc điểm, tính chất nh- t-ợng động chất bán dẫn vấn đề cần thiết ngành vật lý chất rắn, từ ta tìm ứng dụng Vì vậy, chọn đề ti: Nghiên cứu hiệu ứng chất bán dẫn. .. l-ợng xác t-ợng động chất bán dẫn 15 Ch-ơng II Các hiệu ứng vật lý chÊt b¸n dÉn AIII BV 2.1 C¸c hiƯu øng nhiệt điện Các hiệu ứng nhiệt điện kết dòng l-ợng, dòng điện mà hạt dẫn gây nên chuyển động