Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về tính chất điện của vật liệu, bán dẫn, so sánh nồng độ acceptor cần thiết với nồng độ nguyên tử Si,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 5/2016 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Biết đồng có khối lượng riêng d = 8900kg/m3 ngun tử lượng 63,57g/mol • Tính số electron dẫn khối vật liệu đồng hình lập phương cạnh 1cm TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Mỗi ngun tử đồng có electron hóa trị • Do đó, số electron dẫn tính bằng: N = ρa3 • Trong đó, ρv mật độ ngun tử đơn vị thể tích: NAd v  A 6, 02 1023  8900  v  63,57 103  8, 43 1028 nguyên tử /m  8, 43x1028 electron hóa trị /m3  N  v a  N   8, 43 10 28   110  2  8, 43 1022 electron dẫn TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Tính vận tốc electron dẫn đồng với động năng lượng Fermi (bằng 7eV) TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Năng lượng tồn phần electron dẫn hoàn toàn động lượng Fermi • Như vậy, ta viết: E  E F  me v 2F • Vận tốc Fermi: 2E F vF  me  vF    1,6 1019  9,111031  1,6 106 m/s TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Khi đặt đồng vào điện trường, điện tử dịch chuyển khoảng tương đối so với hạt nhân 10-8Å • Biết thơng số mạng 3,6151Å • Tính độ phân cực điện TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Số hiệu nguyên tử đồng 29, tức có 29 electron ngun tử • Một sở đồng có ngun tử • Mật độ điện tử: z  29  3, 615110  10  2, 455 1030 electron/m • Độ phân cực điện: P  zqd  P   2, 455 1030   1,6 1019   108 10 10   3,93 107 C/m TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Độ dẫn điện MgO phụ thuộc khả khuếch tán ion Mg2+ • Biết hệ số khuếch tán ion Mg2+ MgO 1800oC 10-10cm2/s thông số mạng MgO 3,96x10-8cm • Ước tính độ linh động ion Mg2+ tính độ dẫn điện MgO 1800oC TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Ta có: ZqD  k BT  19 10  1,  10  10       23 1,38  10    1800  273  1,12 109 C.cm J 1 s 1 • C tương ứng với Ampere.s • Joule tương tứng Ampere.s.Volt    1,12 109 cm /  V.s  TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • MgO có kiểu cấu trúc NaCl với Mg2+ sở • Mật độ ion Mg2+: n  3,96 10  8  6, 1022 ion/cm3 • Độ dẫn điện:   nZq     6, 1022    1, 109   1,12 109   23 106 C.cm /  cm3 V.s     2,3 105  1.cm 1 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Một tụ điện đa lớp sở vật liệu BaTiO3 chứa SrTiO3 • Hằng số điện mơi vật liệu 300 • Diện tích lớp 10mmx5mm chiều dày lp bng 10àm ã Tớnh in dung ca t nu 100 lớp song song với sử dụng điện cực nickel TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Điện dung tụ điện lớp song song: k0 A C t • Suy điện dung cho lớp: k0 A Clayer  t  3000   8,85 1012   10 103  103   Clayer  10 106  13, 28 108 F • Suy điện dung cho lớp: C total  n layer  Clayer  C total  100  13, 28 108   13, 28 106 F  13, 28F TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Biết mật độ electron dẫn silic nguyên chất nhiệt độ phịng 1016m-3 • Giả thuyết nhiệt độ phịng, chuyển động nhiệt có tác dụng đủ để hầu hết nguyên tử P cho electron thừa tới vùng dẫn • Biết Si có ngun tử lượng 28,1g/mol khối lượng riêng 2330kg/m3 • Nếu muốn tăng giá trị lên triệu lần, cần cách pha tạp phốt vào mạng silic, tính tỷ lệ số nguyên tử silic cần thay nguyên tử phốt (P) TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Mật độ nguyên tử P cần phải bằng: 1016 106  1022 m 3 • Mật độ nguyên tử Si mạng Si tinh khiết: NAd n Si  A 23 6, 02  10  2330   28 3  n Si    10 m 28,1103 • Tỷ số hai mật độ: n Si 1028    10 nP 1022 Cứ triệu nguyên tử Si cần thay nguyên tử nguyên tử P số electron vùng dẫn tăng lên triệu lần TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Thiết kế bán dẫn loại p sở vật liệu Si • Biết dn in ca Si bng 100-1.cm-1 ã àp = 480cm2/(V.s) • So sánh nồng độ acceptor cần thiết với nồng độ nguyên tử Si TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Kích thích Si với ngun tử có số hóa trị +3 • Ta có:   N a q p  100  Na   q p 1, 1019    480   1,3 1018 nguyên tử nhận /cm3 • ngun tử kích thích có lỗ trống, sở Si có nguyên tử 1 x  Na  8  5, 4307 10  1,3 10    5, 4307 10   x 18 8  26 106 nguyên tử kích thích / nguyên tử Si “Hãy theo đuổi ưu tú, thành công theo đuổi bạn” ...TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Biết đồng có khối lượng riêng d = 8900kg/m3 nguyên tử lượng 63,57g/mol • Tính số electron dẫn khối vật liệu. .. m/s TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Khi đặt đồng vào điện trường, điện tử dịch chuyển khoảng tương đối so với hạt nhân 1 0-8 Å • Biết thơng số mạng 3,6151Å • Tính độ phân cực điện TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA... 110  2  8, 43 1022 electron dẫn TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Tính vận tốc electron dẫn đồng với động năng lượng Fermi (bằng 7eV) TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU • Năng lượng toàn phần electron