d) Giạn đoă naíng lượng cụa bán dăn n
b.Bán dăn lối p. Nêu pha lăn vào Ge moơt lượng nhỏ In thì ta sẽ được
bán dăn lối p. Vì In hóa trị 3 neđn khi tham gia máng tinh theơ với Ge nó sẽ bỏ trông moơt môi lieđn kêt. Do trông môi lieđn kêt này neđn In deê dàng nhaơn theđm moơt electrođn từ moơt nguyeđn tử Ge beđn cánh nêu ta cung câp cho nó naíng lượng cỡ chừng 0,015 eV. Nhưng khi electrođn vừa nhạy đi sẽ đeơ lái moơt “loê
trông” và moơt electrođn khác lái deê dàng nhạy vào chiêm vị trí đó. Dòng
electrođn nhạy đi này tương đương với moơt dòng “loê trông” theo chieău ngược lái (hình 5.6,a).
Theo thuyêt mieăn naíng lượng, khi pha In vào Ge tređn sơ đoă naíng lượng xuât hieơn moơt mieăn naíng lượng hép naỉm sát ngay phía tređn mieăn đaăy, cách nó cỡ 0,015 eV. Mieăn này goăm các mức naíng lượng bỏ trông gĩi là mieăn nhaơn (acceptor). Các electrođn ở mieăn đaăy deê dàng nhạy leđn chiêm các mức này. Quá trình đó làm xuât hieơn các “loê trông” mà khođng làm xuât hieơn các electrođn dăn. Do vaơy bán dăn lối này dăn đieơn chụ yêu baỉng loê neđn gĩi là bán dăn lối p (positive)(hình 5.6,b).
§5.4. HIEƠN TƯỢNG ĐIEƠN CHOÊ TIÊP XÚC GIỮA CÁC KIM LỐI
5.4.1. Cođng thoát, thê hieơu maịt ngoài.
Cođng caăn thiêt đeơ moơt electrođn có theơ thoát ra khỏi beă maịt kim lối gĩi là cođng thoát beă maịt, xác định theo bieơu thức:
A = eϕ (5.10) Trong đó: ϕ - Thê hieơu maịt ngoài cụa kim lối
e - đieơn tích cụa electrođn
Cođng thoát được đo baỉng electrođn-volt (eV), 1eV = 1,6.10-19J Nguyeđn nhađn toăn tái cođng thoát:
- Thứ nhât: Khi rời khỏi kim lối electrođn gađy ra tređn beă maịt kim lối
moơt đieơn tích cạm ứng dương. Do đó giữa electrođn và kim lối xuât hieơn moơt lực hút ngaín khođng cho electrođn đi xa khỏi kim lối.
- Thứ hai: Do chuyeơn đoơng nhieơt hoên
lốn các electrođn có theơ vượt ra khỏi beă maịt kim lối moơt khoạng nhỏ táo thành moơt lớp “mađy electrođn” rât gaăn beă maịt. Kêt quạ hình thành moơt lớp đieơn kép giông như moơt tú đieơn có bạn ađm là lớp “mađy electrođn”, bạn dương là beă maịt kim lối, táo neđn moơt thê hieơu maịt ngoài ϕ. Khi muôn bứt ra khỏi kim lối electrođn caăn thực hieơn moơt cođng đeơ thaĩng trường cạn nói tređn. Electrođn trong kim lối xem như bị nhôt trong moơt “hô thê” có
Mieăn dăn Ge Ge In Mieăn câm Ge Ge Mieăn đaăy Mieăn acceptor 0,015 eV
Hình 5.5. Cơ chê dăn đieơn cụa bán dăn n a) Nguyeđn tử As trong máng tinh theơ Ge b) Giạn đoă naíng lượng cụa bán dăn n
a) b)
Ge
E
O
A
Hình 5.7. Hô thê giam electron
2
1 v
2 m ≥ =A eϕ (5.11)
5.4.2. Hieơu đieơn thê tiêp xúc, định lý Volta.
Thực nghieơm chứng tỏ raỉng: khi nôi 2 kim lối khác chât giữa chúng xuât hieơn moơt hieơu đieơn thê gĩi là hieơu đieơn thê tiêp xúc có giá trị phú thuoơc vào bạn chât, nhieơt đoơ các kim lối.
Hieơu đieơn thê giữa hai đaău cụa moơt đốn mách goăm nhieău kim lối khác nhau ghép nôi tiêp chư phú thuoơc vào bạn chât cụa kim lối ở hai đaău mà khođng phú thuoơc vào bạn chât các kim lối ở giữa mách. Có hai lối hieơu đieơn thê tiêp xúc trong và hieơu đieơn thê tiêp xúc ngoài.
a) Hieơu đieơn thê tiêp xúc trong.
Hieơu đieơn thê tiêp xúc trong xuât hieơn do sự khuêch tán các electrođn dăn qua choê tiêp xúc (môi hàn) xạy ra do sự cheđnh leơch noăng đoơ các electrođn dăn trong hai kim lối. Giạ sử ta có hai kim lối 1 và 2 được ghép với nhau. Do chuyeơn đoơng nhieơt hoên lốn các electrođn tự do trong 2 kim lối sẽ khuêch tán qua môi hàn. Do maơt đoơ các electrođn dăn là khác nhau (giạ sử n1>n2) ta có dòng electrođn khuêch tán từ kim lối 1 sang kim lối 2 sẽ lớn hơn dòng electrođn khuêch tán theo chieău ngược lái. Kêt quạ, kim lối 1 sẽ tích đieơn dương còn kim lối 2 sẽ tích đieơn ađm. Tái choê tiêp giáp sẽ xuât hieơn moơt đieơn trường hướng từ kim lối 1 sang kim lối 2. Đieơn trường này sẽ ngaín cạn chuyeơn đoơng cụa dòng các electrođn từ 1 sang 2 và thúc đaơy chuyeơn đoơng cụa dòng các electrođn từ 2 sang 1. Quá trình đát đên tráng thái cađn baỉng đoơng và lúc đó giữa hai kim lối toăn tái moơt hieơu đieơn thê tiêp xúc Ui có giá trị cỡ 10-2 đên 10-3V.
Tređn hình 5.8 bieơu dieên đoă thị phađn bô thê naíng cụa các electrođn có sự nhạy mức khi qua môi hàn.
Theo thuyêt electrođn coơ đieơn, ta có theơ tính được giá trị cụa hieơu đieơn thê tiêp xúc trong. Ta có maơt đoơ n cụa chât khí được tính theo phađn bô Boltzmann: + d c - E eU UT i
TU U
kT o n n e= −
với UT là thê naíng cụa phađn tử khí. Vì taơp hợp các electrođn tự do trong kim lối được xem như là khí electrođn neđn trong trường hợp 2 kim lối tiêp xúc ta có UT = eUi. Từ đó ta có: 1 2 i eU kT n =n e− Hay: 2 1 ln i kT n U e n = (5.11)
Trong đó: - n1 và n2 là maơt đoơ electrođn trong hai kim lối - k là haỉng sô boltzmann.
Cođng thức (5.11) cho thây hieơu đieơn thê tiêp xúc trong Ui phú thuoơc vào nhieơt đoơ và sự cheđnh leơch veă maơt đoơ n2/n1 cụa hai kim lối.
b) Hieơu đieơn thê tiêp xúc ngoài.
Là hieơu đieơn thê giữa hai đaău tự do cụa hai kim lối khác nhau ghép với nhau. Ta hãy xét tráng thái thiêt laơp ở các đaău tự do cụa hai kim lối tiêp xúc với nhau.
Khi hai thanh kim lối tách rời nhau, tráng thái naíng lượng cụa các electrođn trong chúng được đaịc trưng baỉng các hô thê với đoơ sađu tương ứng eϕ1 và eϕ2. Khi cho hai thanh kim lối tiêp xúc với nhau, tái lớp tiêp giáp xạy ra quá trình khuêch tán cụa các electrođn và hình thành moơt thê hieơu tiêp xúc trong Ui. Đáy cụa 2 hô thê sẽ cheđnh nhau moơt khoạng đúng baỉng eUi. Do đoơ sađu cụa 2 hô thê khác nhau, neđn bờ ngoài cụa chúng sẽ leơch nhau. Nghĩa là giữa hai đieơm C và D bât kỳ beđn ngoài và sát beă maịt kim lối sẽ toăn tái moơt hieơu đieơn thê, gĩi là hieơu đieơn thê tiêp xúc ngoài Ua (hình 5.9).
Từ hình (5.9) ta có:
eUa =eϕ2 −eϕ1±eUi
Do đó:
Ua = ϕ2 −ϕ1±Ui (5.12) Lây dâu + hoaịc – phú thuoơc vào dâu cụa Ui. Vì giá trị cụa hieơu đieơn thê tiêp xúc Ui rât nhỏ chư cỡ 10-2 đên 10-3V, trong khi giá trị cụa các đieơn thê thoát ϕ lái có giá trị cỡ vài vođn neđn có theơ coi gaăn đúng:
2 1
a
U = ϕ −ϕ (5.13) Lý thuyêt lượng tử veă kim lối chứng tỏ cođng thức tređn là đúng.
Nêu đốn mách goăm nhieău kim lối ghép nôi tiêp thì hieơu đieơn thê giữa hai đaău cụa moơt đốn mách chư phú thuoơc vào bạn chât cụa kim lối ở hai đaău mà khođng phú thuoơc vào bạn chât các kim lối ở giữa mách.
Thaơt vaơy. Giạ sử xét đốn mách goăm có bôn kim lối 1,2,3,4 ghép với nhau (hình 5.10). Ta hãy caĩt tưởng tượng chúng theo các đường aa và bb. Hieơu đieơn thê tiêp xúc giữa các đaău tự do theo (5.13) sẽ laăn lượt là: 12 2 1 U = ϕ −ϕ 23 3 2 U = ϕ −ϕ 34 4 3 U = ϕ −ϕ
Hieơu đieơn thê tiêp xúc cụa cạ mách đieơn là: eϕ1 eϕ2 c d 0 eϕ2 a) eUi eUa C c d D eϕ1 b)
Hình 5.9. Cơ chê hình thành hieơu đieơn thê tiêp xúc ngoài
12 23 34 ( 2 1) ( 3 2) ( 4 3) 4 1 14
U +U +U = ϕ −ϕ + ϕ −ϕ + ϕ −ϕ =ϕ −ϕ =U (5.14) Nghĩa là hieơu đieơn thê tiêp xúc cụa cạ đốn mách chư được xác định bởi
các kim lối ở giữa.