3- SILICON (SI)
3-CÔNG NGHỆ EPITA
Epitaxi là lớp đơn tinh thể hình thành từ một lớp vật liệu nền đơn tinh thể khác. Phương pháp quan trọng nhất dđể sản xuất epitaxi là phương pháp kết tủa khí hóa CVD (chemical vapour deposition): Silan SiH4 (hay diclosilan SiH2Cl2) được dẫn qua bề mặt đĩa silic nóng 10000C. Phản ứng kết tủa xảy ra theo phương trình sau: SiH4=Si + 2H2
Hầu hết các vật liệu bán dẫn quang điện tử được chế tạo bằng công nghệ epitaxi.
Bài tập
2.1-Trong công nghệ bán dẫn, linh kiện bằng Si có kích thước nhỏ nhất, còn linh kiện bằng GaAs thì có kích thước lớn nhất. Cho biết một linh kiện bằng Si có thể tích bằng 10.10-18m3 và linh kiện laser bằng GaAs có kích thước (100x20x5).10-18m3. Hãy tính số nguyên tử trong mỗi linh kiện. Biết NSi=5.1028[m-3]; NGa=2,22.1028[m-3].
2.2-Một thanh dẫn Ge loại p có mật độ tạp chất Na=7.1024[1/m3 ], kích thước 10mm×2mm×1mm. Đặt thanh dẫn trong từ trường theo phương thẳng góc với dòng điện. Điện áp trên hai đầu chiều dài thanh là 0,025mV. Tính điện dẫn suất, cường độ dòng chảy trong thanh dẫn, hằng số Hall và mật độ lỗ trống. Biết µp=0,18[m2/V.s]
2.3-Một vật liệu bán dẫn có năng lượng vùng cấm là 2,3ev. Hãy tính 1)Giải sóng ánh sáng mà vật liệu bán dẫn này có thể hấp thụ được. 2)Giải sóng ánh sáng mà vật liệu bán dẫn này có thể phát ra được. 3) Các giải sóng ánh sáng trên nằm trong phạm vi quang phổ nào? 2.4-Hãy tính bước sóng giới hạn của ánh sáng mà GaAs có thể hấp thụ được.
Nếu muốn giảm bước sóng xuống bằng 0,7 mthì phải thêm bao nhiêu Al và Ga, cho biết năng lượng vùng cấm của hợp kim Ga1-xAlxAs có thể tính bằng:
Biên soạn: Phạm Thị Nga 56 2.5-Aùnh sáng có mật độ công suất 12[W/cm2] được chiếu lên mẫu GaAs. Hãy
tính mật độ của cặp eletron–lỗ trống được sinh ra ở trên bề mặt của mẫu GaAs và ở lớp dưới cách bề mặt 0,5 m. Giả thiết ánh sáng không bị phản chiếu trở lại từ bề mặt. Cho biết thời gian tái hợp của eletron – lỗ trống bằng 10-8[s].
2.6-Dòng điện ngắn mạch ISCcủa pin mặt trời có quan hệ với điện áp không tải U0C theo hàm: ISC A[exp(BU0C)C] với A, B, C là các đại lượng cần xác định giá trị. Hãy tính: Điện áp không tải và hiệu suất của pin mặt trời làm bằng Si, làm việc ở nhiệt độ 3000K, có diện tích 100cm2, dòng điện ngắn mạch 3,3A dưới tác dụng của ánh sáng có mật độ công suất 1kw/m2và dòng điện bão hòa 0,3nA.
2.7-Một tấm mỏng Si hình tròn, đường kính 75mm, được dùng làm pin mặt trời. Dưới tác dụng của ánh nắng mạnh, dòng điện ngắn mạch của pin bằng 500mA, ở nhiệt độ làm việc 300C. Hãy tính điện áp không tải của pin, cho biết dòng điện bão hòa trong tối của pin bằng 0,3A . Tính khả năng đáp ứng của pin, cho biết công suất của ánh nắng bằng 100W/m2
Ghi chú: khả năng đáp ứng của pin được hiểu là tỉ số của cường độ quang điện với công suất của ánh nắng cung cấp cho pin (thứ nguyên A/W).
2.8- Hãy tính giá trị công suất phát ra cực đại của pin. Cho biết dòng điện bão hòa bằng 1nA và dòng điện ngắn mạch bằng 100mA ở 200C. Biết
0 SC m m I I 1 kT U . e exp kT U . e 1
với Um là điện áp khi pin phát ra công suất
cực đại.
2.9-Một pin mặt trời làm việc như một điốt bằng Si với điện áp phân cực thuận và dòng điện bão hòa 3nA ở trong tối, với nhiệt độ 300C. Khi được chiếu ánh sáng mặt trời, thì dòng điện ngắn mạch đo được bằng 40mA. Hãy tính giá trị điện áp không tải của pin. Tính hiệu suất pin, cho biết diện tích của pin 2cm2, công suất của ánh sáng 1kw/m2.
2.10-Hãy tính mật độ electron ở bờ vùng dẫn và mật độ lỗ trống ở bờ vùng hóa trị của Si, Ge, GaAs. Cho biết khối lượng hiệu dụng của electron và lỗ trống như sau:
Si Ge GaAs
mn, kg 0,98m 1,64m 0,067m
mp, kg 0,49m 0,28m 0,45m
2.11-Điện trở suất của Si tinh khiết ở nhiệt độ phòng bằng 2000m, và mật độ electron dẫn bằng 1,4.10 16m-3.Hãy tính điện dẫn suất của Si với mật độ tạp chất nhận 1021m-3 và 1023m-3. Biết rằng : p có giá trị không đổi trong Si tinh khiết cũng như trong Si có tạp chất : p= 0,25 n.
2.12-Một tinh thể Ge loại n cómật độ dòng điện 103A/m2, điện trở suất 0,05m. Hãy tính thời gian cần thiết để electron chuyển động hết đoạn đường dài 50 m.
2.13-Điện trở suất củaSi ở 270 oC bằng 3000 m. Hãy tính mật độ hạt mang điện, biết rằng n = 0,17. m2/A.s
Biên soạn: Phạm Thị Nga 58 Chương 3
VẬT LIỆU ĐIỆN MÔI (VLĐM)
$3.1-CÁC QUÁ TRÌNH VẬT LÝ TRONG ĐIỆN MÔI VAØ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG