1. Trang Chủ
  2. Vật lý
  3. Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn cung cấp cho học viên những kiến thức sơ lược về tính chất của bán dẫn, bán dẫn tinh khiết, bán dẫn pha tạp, hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar),... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng! VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Lớp Y18 – Sư phạm Vật lí Chương 5 Bán dẫn 1. Sơ lược về tính chất của bán dẫn. 2. Bán dẫn tinh kh

Thể loại Tài liệu miễn phí Vật lý

Số trang 29

Ngày tạo 4/4/2023 11:17:06 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.59 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn (.pdf)

Xem mẫu

  1. VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Lớp Y18 – Sư phạm Vật lí
  2. Chương 5 Bán dẫn 1. Sơ lược về tính chất của bán dẫn. 2. Bán dẫn tinh khiết. 3. Bán dẫn pha tạp. 4. Hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar). 5. Lớp chuyển tiếp p – n PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 2
  3. 1. Sơ lược về tính chất của bán dẫn • Kim loại ρ ρ = ρo (1 + αT) Bán dẫn • Bán dẫn ρBD = ρo exp(B/T) • Điện môi ρĐM= ρo exp(B/T) Kim loại 0 (ρo & B: lớn hơn so với của bán dẫn) T Cu Si n 9. 1028 /m3 1. 1016 / m3 ρ 2. 10-8 Ωm 3. 10-3 Ωm α 4. 10-3 /K - 70. 10-3 /K PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 3
  4. 1. Sơ lược về tính chất của bán dẫn Kim loại: nồng độ electron luôn không đổi Bán dẫn: • Nồng độ hạt tải phụ thuộc nhiệt độ (T=0K thì nồng độ hạt tải bằng 0) • Nồng độ hạt tải được quyết định bởi nhiệt độ, điện trường, từ trường ngoài, v…v… • Thay đổi được loại hạt tải PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 4
  5. 1. Sơ lược về tính chất của bán dẫn Một số loại bán dẫn điển hình • Bán dẫn 1 thành phần: Ge, Se, B, C, Si, As, Se,… • Bán dẫn 2 thành phần : oAI BVII; AI BVI oAI BV; AII BVII oAII BVI oAII BV oAIIIBV (GaP, GaSb, GaAs, InP, InSb, InAs,…) oAIVBVI oAIBIV • Bán dẫn 3 thành phần : o AIBIIICVI (CuAlS2, AgInSe2…) o AIVBVCVI (PbBiSe2) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 5
  6. 2. Bán dẫn tinh khiết • Cấu hình điện tử của Si: 1s22s22p63s23p2 • Cấu trúc tinh thể dạng kim cương Si có lớp ngoài chưa đầy tại sao không phải là kim loại? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 6
  7. 2. Bán dẫn tinh khiết Cấu trúc vùng năng lượng của Si PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 7
  8. 2. Bán dẫn tinh khiết • Cấu trúc vùng năng lượng của Si • Electron & lỗ trống PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 8
  9. 2. Bán dẫn tinh khiết Một electron nhảy lên vùng dẫn thì để lại một lỗ trống ở vùng hóa trị PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 9
  10. 2. Bán dẫn tinh khiết Hàm phân bố Fermi-Dirac cho electron. Vì 𝜖 − 𝜇 ≫ 𝑘& 𝑇 nên ta có: 0/. - 𝑓) (𝜖)= ./0 ≈𝑒 12 3 ) 12 3 4- 𝑓7 = 1 − 𝑓) ⟹ hàm Fermi-Dirac cho lỗ trống: ./0 - - 𝑓7 (𝜖)=1 − ./0 = 0/. ≈𝑒 12 3 ) 12 3 4- ) 12 3 4- PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 10
  11. 2. Bán dẫn tinh khiết • Nồng độ electron trong bán dẫn tinh khiết 1. Mặt đẳng năng hình cầu 2. Qui luật tán sắc bậc 2 ℏ@ 𝑘 @ 𝜖; = 𝐸= + 2𝑚) 1 2𝑚) E/@ - 𝐷) (𝜖) = @ ( @ ) (𝜖 − 𝐸= )@ 2𝜋 ℏ J 1 2𝑚) E/@ ;MN J OP 𝑛 = H 𝐷) (𝜖)𝑓) (𝜖)𝑑𝜖 = ( ) 𝑒 2 H (𝜖 − 𝐸= )-/@ 𝑒 ;2 N 𝑑𝜖 KL 2𝜋 @ ℏ@ KL 𝑚) 𝑘& 𝑇 E/@ MOKL 𝑛 = 2( ) 𝑒 ;2 N 2𝜋ℏ@ PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 11
  12. 2. Bán dẫn tinh khiết • Nồng độ lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết E 1 2𝑚7 @ - 𝐷7 (𝜖) = @ (𝐸= − 𝜖)@ 2𝜋 ℏ@ KR 𝑚7 𝑘& 𝑇 E/@ KR OM 𝑝 = H 𝐷7 (𝜖)𝑓7 (𝜖)𝑑𝜖 = 2( @ ) 𝑒 ;2 N OJ 2𝜋ℏ • Biểu thức của định luật khối lượng hiệu dụng 𝑘& 𝑇 E E OKT 𝑛𝑝 = 4( ) 𝑚) 𝑚7 @ 𝑒 ;2 N 2𝜋ℏ@ PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 12
  13. 2. Bán dẫn tinh khiết • Nồng độ lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết 01 electron khi lên vùng dẫn sẽ để lại 01 lỗ trống 𝑘& 𝑇 E/@ E OKT OKT 𝑛U = 𝑝U = 2( ) 𝑚) 𝑚7 V 𝑒 @;2 N = 𝑛W 𝑒 @;2 N 2𝜋ℏ@ @M E KT 𝑒 ;2 N = 𝑚) /𝑚7 @ 𝑒 ;2 N • Mức Fermi là một hàm của nhiệt độ 1 3 𝑚7 𝜇 = 𝐸X + 𝑘& 𝑇 ln 2 4 𝑚) Chỉ có định nghĩa mức Fermi ở 0K. Nhưng với bán dẫn 𝝁 vẫn được gọi là mức Fermi. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 13
  14. 2. Bán dẫn tinh khiết Định luật Ohm trong bán dẫn • Điện dẫn suất của bán dẫn phụ thuộc cả hai loại hạt tải: 𝜎 = ne𝜇) + pe𝜇7 𝑒𝜏) 𝜇) = 𝑚) 𝑒𝜏7 𝜇7 = 𝑚7 • 𝜇) và 𝜇7 là độ linh động của electron và lỗ trống PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 14
  15. 3. Bán dẫn pha tạp Tạp chất hóa trị 5: Tạp chất hóa trị 3: •Phosphorus (P) •Aluminum (Al) •Arsenic (As) •Gallium (Ga) •Antimony (Sb) •Boron (B) •Bismuth (Bi) •Indium (In) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 15
  16. 3. Bán dẫn pha tạp Bán dẫn loại n Mức năng lượng donor: Ed Bán dẫn Si: • Tạp chất P: Ed = 0,045eV • Tạp chất Sb: Ed = 0,089 eV PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 16
  17. 3. Bán dẫn pha tạp Bán dẫn loại p Mức năng lượng aceptor: Ea Bán dẫn Si: • Tạp chất B: Ea = 0,045eV • Tạp chất Ga: Ea = 0,065 eV • Tạp chất In: Ea = 0,16 eV PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 17
  18. 3. Bán dẫn pha tạp Nồng độ hạt tải trong bán dẫn pha tạp Xét bán dẫn loại n có mật độ tạp chất Nd, khi T>0K: • Số nguyên tử tạp chất bị ion hoá, trở thành ion tạp chất mang điện dương là: pd • Số electrôn bứt từ những nguyên tử bị ion hoá chuyển lên vùng dẫn cũng là: pd • Số nguyên tử tạp chất chưa bị ion hóa là: nd=Nd-pd 𝑝a 1 = O(K OM)/;2 N 𝑛a 2𝑒 b Số 2 được thêm vào vì trạng thái donor chưa bị ion hoá có trọng số thống kê gấp hai lần trạng thái donor bị ion hoá PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 18
  19. 3. Bán dẫn pha tạp • Bán dẫn loại n (tạp chất donor) Nồng độ donor: Nd Nồng độ đã ion hóa: pd Nồng độ chưa ion hóa: nd pd = Nd - nd 𝑁a 𝑛a = 1 K;b2OM N +1 𝑒 2 • nd: nồng độ electron trên mức 𝑁a donor (không dẫn điện) 𝑝a = MOKb • pd: nồng độ electron trên dải 2𝑒 ;2N +1 dẫn có nguồn gốc từ mức donor PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 19
  20. 3. Bán dẫn pha tạp • Bán dẫn loại p (tạp chất acceptor) Nồng độ acceptor: Na Nồng độ đã ion hóa: na Nồng độ chưa ion hóa: pa na = Na - pa 𝑁d 𝑝d = 1 MOK e ;2 N + 1 𝑒 2 • pa: nồng độ lỗ trống trên mức 𝑁d acceptor (không dẫn điện) 𝑛d = Ke OM • na: nồng độ lỗ trống trên dải hoá 2𝑒 ;2 N +1 trị có nguồn gốc từ mức acceptor PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 20
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học