›
›

Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 2: Dải năng lượng và nồng độ hạt dẫn ở cân bằng nhiệt

Download
Chương 2  
Dải năng lượng và  
nồng độ hạt dẫn ở cân bằng nhiệt  
Nội dung  
1. Vật liệu bán dẫn  
2. Cấu trúc tinh thể cơ bản  
3. Liên kết hóa trị  
4. Dải năng lượng  
5. Nồng độ hạt dẫn nội tại  
6. Các chất donor và acceptor.  
7. Nồng độ hạt dẫn trong bán dẫn loại N và P  
2
2.1 Vật liệu bán dẫn  
3
Control of Conductivity is the Key to  
Modern Electronic Devices  
Conductivity, σ, is the ease with which a given  
material conducts electricity.  
Ohms Law: V=IR or J=σE where J is current density  
and E is electric field.  
Metals: High conductivity  
Insulators: Low Conductivity  
Semiconductors: Conductivity can be varied by several  
orders of magnitude.  
It is the ability to control conductivity that make  
semiconductors useful as “current/voltage control  
elements”. “Current/Voltage control” is the key to  
switches (digital logic including microprocessors  
etc…), amplifiers, LEDs, LASERs, photodetectors,  
etc...  
4
Classifications of Electronic Materials  
Electrical/Computer engineers like to classify materials based  
on electrical behavior (insulating, semi-insulating, and  
metals).  
Materials Engineers/Scientists classify materials based on  
bond type (covalent, ionic, metallic, or van der Waals), or  
structure (crystalline, polycrystalline, amorphous, etc...).  
In 20-50 years, EE’s may not be using semiconductors at all!!  
Polymers or bio-electronics may replace them! However the  
materials science will be the same!  
5
Material Classifications based on Bonding Method  
Bonds can be classified as metallic, Ionic, Covalent, and van  
der Waals.  
6
Material Classifications based on Bonding Method  
7
Phân loại vật liệu dựa trên cấu trúc tinh thể  
Amorphous Materials (Vật liệu vô định hình)  
Các nguyên tử không có trật tự như cấu trúc tinh thể. TD: SiO2, Si  
vô định hình, Si3N4, … Mặc dù không hoàn chỉnh như vật liệu tinh  
thể, lớp vật liệu này cũng rất hữu dụng.  
Crystalline Materials (Vật liệu [đơn] tinh thể)  
Được đặc trưng bởi đối xứng nguyên tử lặp lại trong không gian.  
Dạng của tế bào đơn vị phụ thuộc vào sự liên kết của vật liệu. Các  
Cấu trúc tế bào đơn vị thông dụng nhất là kim cương, zincblende  
(một dẫn xuất của cấu trúc kim cương), hexagonal, và muối đá (lập  
phương đơn giản).  
Polycrystalline Materials (Vật liệu đa tinh thể)  
Gồm nhiều miền vật liệu tinh thể. Mỗi miền được định hướng khác  
với các miền khác. Tuy nhiên trong mỗi miền, vật liệu là tinh thể.  
Kích thước mỗi miền có thể vài nm3 đến nhiều cm3.  
8
Phân loại vật liệu dựa trên cấu trúc tinh thể  
9
Điện dẫn suất và điện trở suất của chất cách  
điện, bán dẫn và dẫn điện  
Điện trở suất  
Điện dẫn suất  
Bán dẫn  
Dẫn điện  
Cách điện  
10  
Element Semiconductors  
(Các chất bán dẫn nguyên tố)  
Bảng phân loại tuần hoàn của vật liệu bán dẫn  
11  
Compound Semiconductors  
(Các chất bán dẫn hỗn hợp)  
[Hợp chất bán dẫn]  
Những năm gần đây người ta sử dụng nhiều các chất bán dẫn  
hỗn hợp trong nhiều loại dụng cụ bán dẫn.  
Có các chất bán dẫn hỗn hợp từ 2 nguyên tố (nhị hợp), 3  
nguyên tố (tam hợp) và 4 nguyên tố (tứ hợp).  
Nhiều chất bán dẫn có các tính chất điện và quang khác với  
Silicon. Đặc biệt là GaAs được dùng làm vật liệu chính để  
chế tạo các dụng cụ trong các ứng dụng quang điện tử và  
chuyển mạch tốc độ cao  
12  
Các chất bán dẫn nguyên tố và hỗn hợp  
13  
Các chất bán dẫn nguyên tố và hỗn hợp (tt)  
14  
2.2 Cấu trúc tinh thể cơ bản  
15  
Khái niệm mạng và tế bào đơn vị  
Ta sẽ nghiên cứu vật liệu bán dẫn đơn tinh thể, mà trong đó  
các nguyên tử được sắp xếp tuần hoàn trong không gian.Sự  
sắp xếp tuần hoàn của các nguyên tử trong tinh thể được gọi  
là mạng (lattice).  
Trong tinh thể, nguyên tử sẽ dao động (do nhiệt) quanh 1 vị  
trí cố định.  
Với bán dẫn cho trước, có tế bào đơn vị (unit cell) đại diện  
cho toàn bộ mạng [tinh thể]; bằng cách lặp lại tế bào đơn vị  
trong tinh thể ta có toàn bộ mạng tinh thể.  
16  
Tế bào đơn vị  
Tế bào đơn vị có thể được đặc trưng bằng vector R (được tạo  
thành từ các vector a, b, c [các vector này không nhất thiết  
phải vuông góc với nhau và chiều dài của chúng có thể bằng  
hay không bằng nhau] và các số nguyên m, n và p)  
R = ma + nb + pc  
Các vector a, b, và c được gọi là các hằng số mạng (lattice  
constants).  
17  
Một số tế bào đơn vị tinh thể lập phương cơ bản  
Các tế bào đơn vị khác nhau dựa trên các tế bào đơn vị lập  
phương: tế bảo đơn vị lập phương đơn giản (SC), tế bảo đơn vị  
lập phương tập trung bên trong (BCC), và tế bảo đơn vị lập  
phương tập trung bề mặt (FCC)  
18  
Cấu trúc mạng tinh thể kim cương  
Silicon và germanium có một cấu trúc tinh thể kim cương.  
Cấu trúc silicon thuộc về lớp những tế bào đơn vị lập phương  
tập trung bề mặt. Tế bào đơn vị silicon gồm có tám nguyên tử  
silicon.  
Cấu trúc có thể được nhìn thấy như hai mạng tinh thể con (bề  
mặt) thâm nhập nhau với một mạng con được đổi chỗ bởi một  
mạng con khác bằng ¼ khoảng cách dọc theo đường chéo bên  
trong khối lập phương  
Hầu hết những chất bán dẫn III/V tăng trưởng theo mạng tinh  
thể zincblende, mà đồng nhất với một mạng tinh thể kim cương  
chỉ có điều một trong số những mạng tinh thể con tế bào lập  
phương tập trung bề mặt có nguyên tử gallium (Ga) và những  
nguyên tử arsenic (As) khác.  
19  
Cấu trúc mạng tinh thể kim cương (tt)  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 88 trang myanh 20800 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 2: Dải năng lượng và nồng độ hạt dẫn ở cân bằng nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_dung_cu_ban_dan_chuong_2_dai_nang_luong_va_nong_do.pdf