Chất bán dẫn ( tiếng anh: Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Có nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Chất bán dẫn thường là các nguyên tố ở nhóm IV bảng tuần hoàn hóa học . trong kỹ thuật người ta hay dùng rất rộng rãi Silicon (Si),Germani (Ge) và Galium Arsenide (GaAs)… Chất bán dẫn được chia làm hai loại bán dẫn thuần và bán dẫn tạp .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT HỌC PHẦN: VẬT LIỆU BÁN DẪN Chủ đề Cấu trúc tính chất Vật liệu bán dẫn NỘI DUNG: I Vật liệu bán dẫn gì? II Cấu trúc tinh thể VLBD III.Cấu trúc vùng lượng VLBD IV Phân loại bán dẫn V Tính chất bán dẫn VI.Ứng dụng I Vật liệu bán dẫn gì? - Chất bán dẫn ( tiếng anh: Semiconductor) vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện Có nghĩa dẫn điện điều kiện đó, điều kiện khác không dẫn điện - Chất bán dẫn thường nguyên tố nhóm IV bảng tuần hồn hóa học kỹ thuật người ta hay dùng rộng rãi Silicon (Si),Germani (Ge) Galium Arsenide (GaAs)… - Chất bán dẫn chia làm hai loại bán dẫn bán dẫn tạp I Vật liệu bán dẫn gì? - Bán dẫn loại N tạo cách pha thêm nguyên tố hóa trị V ( thường As P,Sn ) vào bán dẫn - Hạt dẫn chủ yếu điện tử , hạt dẫn thiểu số lỗ trống I Vật liệu bán dẫn gì? - Bán dẫn loại P tạo cách pha thêm nguyên tố hóa trị hóa trị III vào bán dẫn thuần - Phân tử liên kết thiếu electron , trở thành ion dương hạt dẫn chủ yếu lỗ trống hạt dẫn thiểu số điển tử I Vật liệu bán dẫn gì? Tính dẫn điện của một chất được đặc trưng bởi giá trị điện trở suất. II Cấu trúc tinh thể Vật liệu bán dẫn - Chất bán dẫn cấu tạo từ tinh thể có hình dạng xác định , nguyên tử xếp theo trình tự chặt chẽ tuần hoàn tạo thành mạng tinh thể bán dẫn - Với chất bán dẫn , nút mạng gắn liền với gốc gồm nguyên tử ( loại bán dẫn nguyên tố , khác loại bán dẫn hợp chất ….) - Trong tinh thể Si , nguyên tử nằm cách ¼ đường chéo mạng Mỗi nguyên tử tâm hình tứ diện cấu tạo từ nguyên tử xung quanh Cấu trúc tinh thể số bán dẫn hợp chất III Cấu trúc vùng lượng VLBD - Các vùng lượng vật rắn bị chiếm đầy , chiếm phần hay bỏ trống - Vùng hóa trị chứa nhiều điện tử bị chiếm đầy vùng phía tiếp sau vùng dẫn - Ở vật liệu dẫn điện , vùng dẫn điện không điền đầy Các e dễ dàng bị chuyển từ vùng hóa trị lên mức lượng cao trở thành e tự tham gia vào trình dẫn điện - Ở vật liệu cách điện vùng hóa trị bị chiếm đầy , vùng cấm có giá trị lớn cỡ vài eV , e khó có khả vượt qua vùng cấm để tham gia dẫn điện - Ở vật bán dẫn cấu trúc vùng lượng tương tự vật cách điện vùng cấm hẹp cỡ 0,1eV đến 1eV Ở 0K chúng chất cách điện Ở nhiệt độ phịng e thu lượng nhiệt đủ lớn để lên vùng dẫn tham gia vào trình dẫn điện Khi e chuyển lên vùng dẫn tạo lỗ trống vùng hóa trị Các e vùng hóa trị chuyển động đến lỗ trống để lấp đầy tạo chuyển động lỗ tróng , dịng lỗ trống mang điện tích dương Mức thấp vùng dẫn ứng với lượng e đứng yên e Đỉnh vùng hóa trị ứng với lỗ trống - IV Phân loại VLBD a, Phân loại theo thành phần hóa học • Bd nguyên tố Si , Ge , Se, Te… • Bd hợp chất nguyên tố A3B5 , A2B6… Phân theo thành phần hóa học Bd hợp chất nguyên :xuất phát từ hợp chất nguyên cách thay nửa số nguyên tử mạng nguyên tử có hóa trị thấp thay nửa cịn lại ngun tử có hóa trị cao • Bd hợp chất hữu : bán dẫn có đa dạng cấu trúc dễ thay đổi tính chất để phù hợp với mục đích sử dụng … • 4 b, phân loại theo thơng số tính chất vật liệu * Theo cấu trúc vật liệu Bán dẫn đơn tinh thể Bán dẫn vô định Bán dẫn đa tinh Theo cấu trúc vật liệu hình thể Bán dẫn dạng gốm * Theo bề rộng vùng cấm Bd vùng cấm hẹp : bd có vùng cấm nhỏ 0,5eV BD vùng cấm rộng THEO BỀ RỘNG VÙNG CẤM BD vùng cấm thẳng BD vùng cấm xiên b, Theo lĩnh vực ứng dụng Bd dung công nghệ chế tạo cấc linh kiện mạch điện tử Bd dùng để chế tạo linh kiện quang điện tử A3B5… Các bán dẫn siêu dẫn : PbS , PbSe , PbTe , SnTe… Theo lĩnh vực ứng dụng Các vật liệu bán dẫn nhiệt điện như… A2B6 Cấc bán dẫn có từ tính : NiO, CoO, FeO… V Tính chất Vật liệu bán dẫn - VLBD có nhiều tinh chất : tinh chất quang , tinh chất điện , tinh chất … * Tính chất quang a, Tính chất quang thể qua đặc trưng + Hệ số phản xạ + Hệ số truyền qua + Hệ số hấp thụ + Hằng số điện môi + Chỉ số khúc xạ + Hệ thức Kramers-Kronig b , Các phương pháp nghiên cứu tinh chất quang : + Phương pháp điện –vi sai + phương pháp nhiệt –vi sai + phương pháp áp –vi sai + phương pháp catot-vi sai c, Sự hấp thụ ánh sáng chất bán dẫn Do trinh hấp thụ ánh sang liên quan đến chuyển đổi lượng photon sang dạng lượng khác tinh thể nên ta phân loại chế HTAS sau : - Hấp thụ hấp thụ riêng liên quan đến chuyển mức điện tử vùng cho phép - Hấp thụ điện tử tự lỗ trống tự liên quan đến chuyển mức điện tử lỗ trống vung lượng cho phép hay vùng cho phép - Hấp thụ tạp chất liên quan đến chuyển mức điện tử hay lỗ trống vùng lượng cho phép mức lượng tạp chất vùng cấm - Hấp thụ chuyển mức tạp chất liên quan đến chuyển mức điện tử hay lỗ trống trạng thái tạp chất vung cấm - Hấp thụ exiton liên quan đến hình phân hủy trạng thai kích thích gọi exiton - Hấp thụ plasma liên quan đến hấp thụ sóng điện từ plasma điện tử -lỗ trống dẫn đến trạng thái cao plasma VI Ứng dụng Vật liệu bán dẫn ...NỘI DUNG: I Vật liệu bán dẫn gì? II Cấu trúc tinh thể VLBD III .Cấu trúc vùng lượng VLBD IV Phân loại bán dẫn V Tính chất bán dẫn VI.Ứng dụng I Vật liệu bán dẫn gì? - Chất bán dẫn ( tiếng anh: Semiconductor)... tính chất để phù hợp với mục đích sử dụng … • 4 b, phân loại theo thơng số tính chất vật liệu * Theo cấu trúc vật liệu Bán dẫn đơn tinh thể Bán dẫn vô định Bán dẫn đa tinh Theo cấu trúc vật liệu. .. dẫn chủ yếu lỗ trống hạt dẫn thiểu số điển tử I Vật liệu bán dẫn gì? ? ?Tính? ?dẫn? ?điện? ?của? ?một? ?chất? ?được đặc trưng bởi giá trị điện trở suất. II Cấu trúc tinh thể Vật liệu bán dẫn - Chất bán