- Trang Chủ
- Vật lý
- Giáo trình hình thành phân bố điện từ và khảo sát chuyển động của hạt từ bằng năng lượng p6
Xem mẫu
- Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
Nếu ta gọi NA là mật độ những nguyên tử In pha vào (còn được gọi là nguyên tử
nhận), ta cũng có:
p = n + NA
p: mật độ lỗ trống trong dải hóa trị.
n: mật độ điện tử trong dải dẫn điện.
Người ta cũng chứng minh được:
n.p = ni2 (p>n)
ni là mật độ điện tử hoặc lỗ trống trong chất bán dẫn thuần trước khi pha.
Chất bán dẫn như trên có số lỗ trống trong dải hóa trị nhiều hơn số điện tử trong dải
dẫn điện được gọi là chất bán dẫn loại P.
Như vậy, trong chất bán dẫn loại p, hạt tải điện đa số là lỗ trống và hạt tải điện thiểu
số là điện tử.
3. Chất bán dẫn hỗn hợp:
Ta cũng có thể pha vào Si thuần những nguyên tử cho và những nguyên tử nhận để
có chất bán dẫn hỗn hợp. Hình sau là sơ đồ năng lượng của chất bán dẫn hỗn hợp.
Dải dẫn điện
ED ND ED
EA NA EA
Dãi hóa trị
Ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ cao
(T = 00K) (T = 3000K)
Hình 8
Trang 26 Biên soạn: Trương Văn Tám
- Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
Trong trường hợp chất bán dẫn hỗn hợp, ta có:
n+NA = p+ND
n.p = ni2
Nếu ND > NA => n>p, ta có chất bán dẫn hỗn hợp loại N.
Nếu ND < NA => n
- Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
Vậy ta có thể coi như dòng điện trong chất bán dẫn là sự hợp thành của dòng điện
do những điện tử trong dải dẫn điện (đa số đối với chất bán dẫn loại N và thiểu số đối với
chất bán dẫn loại P) và những lỗ trống trong dải hóa trị (đa số đối với chất bán dẫn loại P
và thiểu số đối với chất bán dẫn loại N).
Dòng điện tử trong Dòng điện tử trong
dải dẫn điện dải dẫn điện
Chất bán dẫn thuần
Dòng điện tử Dòng lỗ trống
trong dải hóa trị
+ - + -
V V
Hình 11
Tương ứng với những dòng điện này, ta có những mật độ dòng điện J, Jn, Jp sao
cho: J = Jn+Jp
Ta đã chứng minh được trong kim loại:
J = n.e.v = n.e.µ.E
Tương tự, trong chất bán dẫn, ta cũng có:
Jn=n.e.vn=n.e. µn.E (Mật độ dòng điện trôi của điện tử, µn là độ linh động của điện tử,
n là mật độ điện tử trong dải dẫn điện)
Jp=p.e.vp=p.e.µp.E (Mật độ dòng điện trôi của lỗ trống, µp là độ linh động của lỗ
trống, p là mật độ lỗ trống trong dải hóa trị)
Như vậy: J=e.(n.µn+p.µp).E
Theo định luật Ohm, ta có:
J = σ.E
=> σ = e.(n.µn+p.µp) được gọi là dẫn suất của chất bán dẫn.
Trang 28 Biên soạn: Trương Văn Tám
- Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
Trong chất bán dẫn loại N, ta có n>>p nên σ ≅ σn = n.µn.e
Trong chất bán dẫn loại P, ta có p>>n nên σ ≅ σp = n.µp.e
IV. CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN:
Dưới tác dụng của điện trường, các điện tử và lỗ trống di chuyển với vận tốc trung
bình vn=µn.E và vp=µp.E.
Số điện tử và lỗ trống di chuyển thay đổi theo mỗi thời điểm, vì tại mỗi thời điểm có
một số điện tử và lỗ trống được sinh ra dưới tác dụng của nhiệt năng. Số điện tử sinh ra
trong mỗi đơn vị thời gian gọi là tốc độ sinh tạo g. Những điện tử này có đời sống trung
bình τn vì trong khi di chuyển điện tử có thể gặp một lỗ trống có cùng năng lượng và tái
hợp với lỗ trống này. Nếu gọi n là mật độ điện tử, trong một đơn vị thời gian số điện tử bị
mất đi vì sự tái hợp là n/τn. Ngoài ra, trong chất bán dẫn, sự phân bố của mật độ điện tử
và lỗ trống có thể không đều, do đó có sự khuếch tán của điện tử từ vùng có nhiều điện tử
sang vùng có ít điện tử.
Xét một mẫu bán dẫn không đều có mật độ điện tử được phân bố như hình vẽ. Tại
một điểm M trên tiết diện A, số điện tử đi ngang qua tiết diện này (do sự khuếch tán) tỉ lệ
với dn/dx, với diện tích của điện tử và với tiết diện A.
M vkt
x
Hình 12
dn
In kt = D n .e. A 0
dx
Và mật độ dòng điện khuếch tán của lỗ trống là:
Trang 29 Biên soạn: Trương Văn Tám
- Giáo trình Linh Kiện Điện Tử
dp
Jp kt = e.D p .
dx
Người ta chứng minh được rằng:
D p D n KT T
= = = VT =
µp µn e 11.600
Với: K là hằng số Boltzman = 1,382.10-23J/0K
T là nhiệt độ tuyệt đối.
Hệ thức này được gọi là hệ thức Einstein.
Ở nhiệt độ bình thường (3000K): VT=0,026V=26mV
V. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC:
Xét một hình hộp có tiết diện A, chiều dài dx đặt trong một mẩu bán dẫn có dòng
điện lỗ trống Ip đi qua. Tại một điểm có hoành độ x, cường độ dòng điện là Ip. Tại mặt
có hoành độ là x+dx, cường độ dòng điện là Ip+dIp. Gọi P là mật độ lỗ trống trong hình
p
hộp, τp là đời sống trung bình của lỗ trống. Trong mỗi giây có lỗ trống bị mất đi do sự
τp
tái hợp. Vậy mỗi giây, điện tích bên trong hộp giảm đi một lượng là:
p
G 1 = e.A.dx. (do tái hợp)
τp
Đồng thời điện tích trong hộp cũng mất đi một lượng:
G2=dIp (do khuếch tán).
dx
A
Ip Ip+dIp
x+dx
x x
Ip
Gọi g là mật độ lỗ trống được sinh ra do tác dụng nhiệt, trong mỗi giây, điện tích trong hộp
Hình 13
tăng lên một lượng là:
T1=e.A.dx.g
Vậy điện tích trong hộp đã biến thiên một lượng là:
p
T1 − (G 1 + G 2 ) = e.A.dx.g − e.A.dx. − dIp
τp
dp
Độ biến thiên đó bằng: e.A.dx.
dt
Vậy ta có phương trình:
dp p dIp 1
=g− − . (1)
τ p dx e.A
dt
Nếu mẩu bán dẫn ở trạng thái cân bằng nhiệt và không có dòng điện đi qua, ta có:
Trang 30 Biên soạn: Trương Văn Tám
nguon tai.lieu . vn
