Do sự đòi hỏi của kỹ thuật, ngời ta đã tìm ra đợc hàng loạt vật liệu bán dẫn với những tính năng hết sức rộng rãi đáp ứng đợc những yêu cầu mới. Thực ra
[111] [100] ) 0 , 0 , 0 ( = kr
không có sự khác nhau căn bản giữa điện môi, bán dẫn bởi vậy có thể nói phần lớn những tinh thể hợp chất kim loại đều mang tính bán dẫn. Đối với kim loại để tạo ra electron tự do ta không cần cung cấp năng lợng cho tinh thể. Nhng đối với bán dẫn thì khác hẳn. ở gần độ 0 tuyệt đối bán dẫn không dẫn điện nghĩa là giống nh điện môi. Khi ta nâng nhiệt độ lên trong bán dẫn xuất hiện các hạt mang điện (electron và lỗ trống). Nh vậy để tạo ra các hạt mang điện trong bán dẫn, ta phải cung cấp năng lợng cho nó. Số hạt tải tự do tăng nhanh khi nhiệt độ của tinh thể tăng. Ngoài cách làm nóng tinh thể dễ làm xuất hiện các hạt mang điện tự do trong bán dẫn, còn có thể cho các loại bức xạ khác nhau (ánh sáng, bức xạ hạt nhân .v.v ) ,hoặc điện tr… ờng, từ trờng mạnh tác dụng lên tinh thể.
Bán dẫn ngoài các nguyên tố hoá học nh Ge, Si thì đặc biệt thông… dụng là những hợp chất hai thành phần mà các nguyên tố thành phần ở cách đều nhóm 4 của bảng tuần hoàn (tức là nhóm các bán dẫn nguyên chất), nghiã là chúng có công thức AIII BV nh: Ga As, In P, In As, những hợp chất này có… bề rộng vùng cấm nằm trong một khu vực rất rộng, độ linh động của các hạt dẫn có thể đạt giá trị rất lớn. Chính nhờ các vật liệu bán dẫn mới nh laser bán dẫn,
phân tử phát sóng siêu cao tần. Những bán dẫn hợp chất AIIIBV có cấu trúc tinh thể lập phơng kiểu kim cơng nhng với hai loại nguyên tử, đợc trình bày trên hình.19.
Hình.19. Cấu trúc vùng năng lợng của AIIIBV .
Bởi vậy khác với kim cơng, chúng không có tâm đối xứng, liên kết với chúng chủ yếu là liên kết đồng hoá trị do sự pha trộn của các hàm sóng S và P của các nguyên tử. Cũng nh các tinh thể bán dẫn có cấu trúc kiểu kim cơng, liên kết của các hợp chất AIIIBV cũng là liên kết kiểu hình 4 mặt. Phơng pháp tính toán cấu trúc vùng năng lợng nh phơng pháp giả thế cũng nh các số liệu thực nghiệm đã dẫn đến kết luận sau:
Vùng hoá trị cũng nh vùng dẫn đều có các mặt đẳng năng là mặt cầu, nghĩa là khối lợng hiệu dụng là vô hớng. Vùng dẫn và vùng hoá trị cũng giống nh Si và Ge đều gồm 3 dải con chồng lên nhau. Cực đại tuyệt đối của vùng hoá trị có thể coi nh tâm vùng briluin. Còn cực tiểu tuyệt đối có thể ở tâm hoặc ở một điểm trên phơng [111] hay [100]. Dạng cấu trúc vùng năng lợng của một số chất bán dẫn AIIIBV cho trên hình.20.
A B
Hình.20. Cấu trúc tinh thể của AIIIBV
Có thể thấy rằng nếu tăng điện tích trung bình của hạt nhân của hợp chất khi đi từ hợp chất này sang hợp chất khác thì kích thớc của các lớp điện tử sẽ lớn lên do đó sự phủ lên nhau của các hàm sóng sẽ tăng lên và bề rộng vùng cấm sẽ hẹp lại. Điều này cũng đúng với các bán dẫn nguyên chất. Trên hình .21 cho sự biến đổi của bề rộng vùng cấm của các hợ p chất AIIIBV và các bán dẫn thuộc nhóm 4 theo số Z trung bình của chúng. Các kết quả nghiên cứu đã cho ta biết đợc độ rộng vùng cấm của các chất sau thuộc hợp chất AIIIBV:
∆Eg (InSb) = 0,23 eV ∆Eg (GaAs) = 1,58 eV ∆Eg (GaSb) = 0,8 eV ∆Eg(GaP) = 2,4 eV ∆Eg (InAs) = 0,46 eV 10 20 30 40 50 InP GaSb 5 4 3 2 1 0 B ề rộ ng d ãi c ấm InAs Sn Ge AISb AIP AIAs Si GaAsGaP Z eV InSb
Kết luận
Với mục đích của đề tài đợc đặt ra, bằng kiến thức đã học trên giảng đ- ờng và qua một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu sách, tài liệu tham khảo. Khoá luận đã hoàn thành và đạt đợc một số kết quả sau:
- Trình bày nguyên lý hình thành vùng năng lợng, xây dựng hàm Bloch và ý nghĩa của hàm bloch. Xây dựng phơng trình trạng thái của điện tử trong vật rắn. qua đó chúng ta biết đợc cấu trúc phổ năng lợng của chúng.
- Trình bày đợc cấu trúc vùng năng lợng của các chất bán dẫn Si, Ge, AIIIBV qua đó chúng ta hiểu đợc bản chất của các chất bán dẫn này để ứng dụng vào trong thực tế.
Do tầm hiểu biết và điều kiện để nghiên cứu đề tài có hạn do đó sẽ không trách khỏi về mặt hạn chế. Kính mong nhận đợc sự góp ý chân thành của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để khoá luận này đợc hoàn thiện hơn.
Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Thị Bảo Ngọc – Nguyễn Văn Nhã, “Giáo trình vật lý chất rắn”, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội 1997.
[2]. Nguyên Thế khôi – Nguyễn Hữu Mình, “ Vật lý chất rắn”, NXBKH&KT 1997
[3].Đào Trần Cao , “Cơ sơ vật lý chất rắn”, ĐHQGHN 2003.
[4].Nguyễn Văn Hùng, “Lý thuyết chất rắn”, NXBĐHQG Hà Nội 2000. [5]. Đỗ Ngọc Uẩn, “Giáo trình vật lý chất rắn đại cơng”, NXBKH&KT 2003. [6]. Nguyễn Văn Hiệu, “Vật lý chất rắn đại cơng”, Hà Nội 1997.
[7]. Vũ Đình Cự, “Vật lý chất răn”, NXBKH&KT, Hà Nội 1997. [8]. Phạm Quý T - Đỗ Đình Thanh, “Cơ học lợng tử”, NXBGD 1998. [9]. Chasler kỉttel, “Sơ yếu vật lý chất rắn”, NXBKH&KT 1970.