Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn - Bài 7: Các chất bán dẫn điện - Lê Khắc Bình
Baøi 7
Nuoâi ñôn tinh theå Ge
â
å
I. Caùc chaát baùn daãn ñieän
ù á ù ã ä
Ñònh nghóa
§ Chaát baùn daãn laø caùc chaát coù ñoä ñoä daãn ñieän σ naèm trong khoaûng
töø 10-10 Ω-1 cm-1
( ñieän moâi )
ñeán 104 ÷ 106 Ω-1 cm-1 ( kim loaïi )
§ σ cuûa chaát baùn daãn phuï thuoäc nhieàu vaøo caùc yeáu toá beân
ngoaøi nhö nhieät ñoä, aùp suaát, ñieän tröôøng, töø tröôøng, taïp chaát ...
Taïp chaát laøm thay ñoåi raát nhieàu ñoä daãn ñieän cuûa caùc chaát baùn daãn
Pha taïp chaát Bo vaøo tinh theå Si theo tyû leä 1 : 105 laøm taêng ñoä daãn
ñieän cuûa Si leân 1000 laàn ôû nhieät ñoä phoøng.
Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû suaát ρ (Ωcm) cuûa Si vaø GaAs
vaøo noàng ñoä taïp chaát ôû 300K
Noàng ñoä
taïp chaát
( cm-3)
Si
GaAs
N
P
N
P
ni
2.105
7.107
1014
1015
1016
1017
1018
40
180
12
12
160
22
4,5
0,6
0,1
0,9
0,2
2,3
0,3
1,8
0,3
9.10-3
2,1.10-3 3,5.10-2
2,9.10-4 8,0.10-3
2,5.10-2 6,2.10-2
6.10-3 1,2.10-2
1019
Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû suaát vaøo noàng ñoä taïp chaát
Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû vaøo nhieät ñoä
• Kim loaïi : Ñieän trôû suaát phuï thuoäc nhieät ñoä gaàn nhö tuyeán tính
ρT = ρo 1+αT (T −To)
vôùi ρT = ñieän trôû suaát ôû nhieät ñoä T (oC)
ρo = ñieän trôû suaát ôû moät nhieät ñoä tham chieáu naøo ñoù
To ( thöôøng laø 0 hoaëc 20oC) vaø
αT = heä soá nhieät cuûa ñieän trôû suaát.
• Söï bieán thieân cuûa ñieän trôû theo nhieät ñoä
RT = Ro 1 + αT (T − To )
Ñ trôû suaát ρ Heä soá nhieät Ñoä daãn ñieän σ
Vaät lieäu
(ohm m) treân ñoä C
x 107 /Ωm
1,59 x10-8
1,68 x10-8
2,65 x10-8
.0061
.0068
.00429
.0045
.00651
.003927
.000002
...
6,29
5,95
3,77
1,79
1,03
0,943
0,207
0,45
0,10
Baïc
Ñoàng
Nhoâm
Tungsten 5,6 x10-8
9,71 x10-8
10,6 x10-8
Manganin 48,2 x10-8
22 x10-8
Thuûy ngaân 98 x10-8
Saét
Baïch kim
Chì
.0009
Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû vaøo nhieät ñoä
Chaát baùn daãn :
Ñieän trôû suaát phuï thuoäc nhieät ñoä theo haøm muõ : giaûm khi
nhieät ñoä taêng.
A
ρT = ρo exp( )
kT
A
σT = σo exp(− )
kT
Caùc chaát baùn daãn nguyeân toá
Ñôn tinh theå Si nuoâi baèng
kyõ thuaät Czochralski cuûa
Haõng Wacker Silitronix
Hikari Nhaät baûn.
Ñöôøng kính 300 mm, chieàu
daøi hôn 1,2 m.
Ñôn tinh theå Si ñöôøng kính 30 cm
ñoä saïch 99,999999999%
Caùc chaát baùn daãn hôïp chaát
Chaát baùn daãn hôïp chaát ( AxB8-x ) :
Chaát baùn daãn nhieàu thaønh phaàn : AlGaAs, InGaAsN ,
...
II. Taïp chaát trong caùc chaát baùn daãn
ù á ù ã
ï
á
v Taïp chaát thay theá
v Taïp chaát ñieàn khích
Taïp chaát trong caùc chaát baùn daãn :
Taïp chaát ñoâ no vaø ac-xep-to
Chu kyø Nhoùm
Ac-xep-to
Ñoâ-no
1) Taïp chaát thuoäc nhoùm V trong chaát baùn daãn nhoùm IV
Moâ hình nguyeân töû Hydro cuûa Bohr
â û
â
û
-e
Ion+
Ñoä lôùn cuûa baùn kính Bohr
Nguyeân töû töông töï Hydrogen : Haøm soùng cuûa traïng thaùi
cô baûn laø
3
2
1 1
ψ (r) =
exp[−r / a0 ]
a0
π
Baùn kính Bohr : a0 = 4πεrεoη2/mee2 xaùc ñònh ñoä môû roäng
veà khoâng gian cuûa haøm soùng .
Nguyeân töû Hydrogen : (εr = 1 ) ao = 0,53 A.
Moâ hình nguyeân töû Hydro cuûa Bohr
â
â û
û
Naêng löôïng lieân keát
moe4 1 13,6
EH = −
= − (eV )
2(4πεoη)2 n2 n2
mo - khoái löôïng cuûa electron töï do
e - ñieän tích cuûa electron
εo - haèng soá ñieän moâi cuûa chaân khoâng
h - haèng soá Planck
n - soá löôïng töû chính
Trong traïng thaùi cô baûn n = 1 , EH = - 13,6 eV
Naêng löôïng ion hoùa taïp chaát ñoâ-no
mne4
2(4πεoεrη)2
Ei = −
Naêng löôïng ion hoùa taïp chaát ñoâ-no
mne4
m
n
13,6 1
Ei = −
= −
2
2
2
m
2(4πε ε η) n ε
o
o r
r
m*/mo
Eg (eV)
ôû 273 K
0,67
Haèng soá
ñieän moâi
Chaát
baùn daãn
Ltroáng
Electron
0,2
Ge
0,3
16
Si
1,14
0,16
0,33
1,29
0,67
1,39
0,33 0,5
0,013 0,6
0,02 0,4
0,07 0,4
0,047 0,5
0,072 0,5
12
18
14,5
14
15
InSb
InAs
InP
GaSb
GaAs
13
Ge : mn = 0,22 mo εr = 16
Ei = 0,01 eV
Si : mn = 0,33 mo εr = 12
Ei = 0,031 eV
Vôùi pheùp gaàn ñuùng ñaõ duøng, naêng löôïng ion hoùa nhö nhau cho
moïi nguyeân töû taïp chaát thuoäc nhoùm V.
Treân thöïc teá, naêng löôïng ñoù coù khaùc nhau vôùi caùc taïp chaát khaùc
nhau, nhöng söï sai khaùc ñoù khoâng lôùn laém.
Söï xuaát hieän caùc möùc naêng löôïng taïp chaát trong vuøng caám
Khi ñöa caùc nguyeân töû taïp chaát thuoäc nhoùm V vaøo Ge hay Si,
trong vuøng caám xuaát hieän caùc möùc naêng löôïng naèm khoâng xa
ñaùy cuûa vuøng daãn .
Taïp chaát coù theå cung caáp ñieän töû daãn ñieän : taïp chaát ñoâ-no vaø
möùc taïp chaát ñöôïc goïi laø möùc ñoâ-no.
Ec
Möùc ñoâ-no
Eg
Ev
Tải về để xem bản đầy đủ
72 trang
24980
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn - Bài 7: Các chất bán dẫn điện - Lê Khắc Bình", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_co_so_vat_ly_chat_ran_bai_7_cac_chat_ban_dan_dien.pdf
