Bài giảng Trường điện từ - Chương: Vật dẫn

Conductors

Chꢀt dꢁn ñiꢂn

• Năm 1600: William Gilbert (1544-1603), sau 18 năm làm thí

nghiêm vꢀi nam châm và các vꢁt liꢂu ñiꢂn, …, ñã hoàn thành

quyꢃn sách cꢄa ông vꢀi tꢅa ñꢆ De Magnete.

– Ông ñã ñꢇt ra thuꢁt ngꢈ Latin electricus tꢉ thuꢁt ngꢈ ηλεκτρον

(elektron), tiꢊng Hy Lꢋp cꢄa hꢌ phách, dꢍn tꢀi sꢅ ra ñꢎi cꢄa các

thuꢁt ngꢈ tiꢊng Anh electric and electricity

– Quyꢃn sách cꢄa ông bao gꢏm: sꢅ phân loꢋi giꢈa các vꢁt liꢂu ñiꢂn

và không ñiꢂn; mꢐi quan hꢂ giꢈa ñꢑ ꢒm vꢀi sꢅ nhiꢓm ñiꢂn; trái ñꢔt

có tꢉ trưꢎng, vân vân.

• Năm 1729: Stephen Gray ñã phân loꢋi các vꢁt liꢂu thành các vꢁt

liꢂu dꢍn ñiꢂn và các vꢁt liꢂu ñiꢂn môi (cách ñiꢂn)

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

1

Conductors

Các hꢃt tích ñiꢂn trong vꢄt liꢂu

• Trong các chꢔt dꢍn ñiꢂn, tꢏn tꢋi các ñiꢂn tích chuyꢃn ñꢑng

– Trong mꢑt kim loꢋi thông thưꢎng, các hꢋt tꢕi (chuyꢃn ñꢑng tꢋo ra dòng

ñiꢂn) là các electron

• Dưꢀi tác ñꢑng cꢄa vector cưꢎng ñꢑ ñiꢂn trưꢎng, các electron và

lꢖ trꢐng trong vꢁt liꢂu rꢗn có ñáp ꢘng giꢐng như chúng là các hꢋt

tꢅ do trong không gian, nhưng có mꢑt khꢐi lưꢙng khác

– Khꢐi lưꢙng thông thưꢎng cꢄa mꢑt electron m_e:9.11×10^-31kg

– Khi nói ñꢊn khꢐi lưꢙng hiꢂu dꢚng m* (effective mass) ta hiꢃu rꢛng hꢋt

tꢕi không thꢅc sꢅ nꢛm trong không gian tꢅ do

• Xét mꢑt ñiꢂn tích ñiꢃm nꢛm trong mꢑt ñiꢂn trưꢎng ngoài

– Nꢊu la electron, chúng sꢜ gia tꢐc dưꢀi tác dꢚng cꢄa lꢅc ñiꢂn trưꢎng

– Vꢁn tꢐc ngày càng tăng nꢊu electron ꢝ trong ñiꢂn trưꢎng càng lâu

• Giꢐng hiꢂn tưꢙng rơi tꢅ do trong trꢞng trưꢎng

ðiꢂn trưꢅng

e^-

Gia tꢆc

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

2

Conductors

Ma sát và vꢄn tꢆc cuꢆi

• Trong các vꢁt liꢂu thꢅc tꢊ, vꢁn tꢐc cꢄa các hꢋt không thꢃ tăng

vô hꢋn. Nó có mꢑt giꢀi hꢋn nhꢔt ñꢟnh gꢞi là vꢁn tꢐc cuꢐi

(terminal velocity)

– Tương tꢅ như khi rơi trong trꢞng trưꢎng có sꢅ tꢏn tꢋi cꢄa không

khí

• Khi nhꢕy ra khꢠi máy bay dưꢀi tác ñꢑng cꢄa ma sát, ta ñꢋt ñꢊn mꢑt

vꢁn tꢐc cuꢐi

• Mꢑt sꢐ vꢁn tꢐc cuꢐi ñiꢃn hình

ðꢆi tưꢉng rơi

Khꢆi lưꢉng

Diꢂn tích

Vꢄn tꢆc

cuꢆi

Vꢄn ñꢈng viên nhꢇy dù

75 kg

0.7 m^2

42 cm^2

60 m/s

33 m/s

134 mi/hr

74 mi/hr

Quꢇ bóng chày (3.66cm radius)

145 gm

Quꢇ bóng Golf (2.1 cm radius)

Hꢃt mưa ñá (0.5 cm radius)

Hꢃt mưa (0.2 cm radius)

46 gm

14 cm^2

.79 cm^2

.13 cm^2

32 m/s

14 m/s

9 m/s

72 mi/hr

31 mi/hr

20 mi/hr

.48 gm

.034 gm

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

3

Conductors

Tán xꢃ và vꢄn tꢆc trôi

• Giꢕ thiꢊt rꢛng trong vꢁt liꢂu có các tâm tán xꢋ (“scattering centers”)

– Trung bình, mꢑt electron chuyꢃn ñꢑng trong mꢑt thꢎi gian

tán xꢋ

τ trưꢀc khi

– Các electron va chꢋm vꢀi các electron tán xꢋ khác, làm ngꢍu nhiên

vꢁn tꢐc chuyꢃn ñꢑng cꢄa chúng

– ðiꢆu này dꢍn tꢀi mꢑt vꢁn tꢐc trung bình chung giꢀi hꢋn trong mꢑt

trưꢎng lꢅc không ñꢌi

• Ta có thꢃ tính toán vꢁn tꢐc trôi (“drift velocity”) tꢉ thꢎi gian tán xꢋ

ñꢇc trưng τ:

– Xét mꢑt electron bꢗt ñꢡu chuyꢃn ñꢑng tꢉ trꢋng thái nghꢢ trong mꢑt ñiꢂn

trưꢎng không ñꢌi E

• Lꢅc tác ñꢑng lên electron bꢛng q_eE

• Gia tꢐc là mꢑt hꢛng sꢐ (ðꢟnh luꢁt 2 Newton: F=ma)

q_eE

q_eE = m*a

Lùc

a =

ꢀ

m*

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

4

Conductors

Vꢄn tꢆc trôi và thꢅi gian tán xꢃ

• Giꢕ thiꢊt rꢛng trong thꢎi gian τ electron chuyꢃn ñꢑng tꢅ do trong

ñiꢂn trưꢎng E, như vꢁy vào cuꢐi thꢎi gian τ vꢁn tꢐc là:

q_eE

v = a

τ

=

τ

m*

• Ta lꢋi giꢕ thiꢊt rꢛng sau khoꢕng thꢎi gian τ sꢅ kiꢂn tán xꢋ sꢕy ra

làm mꢞi thꢘ trꢝ nên ngꢍu nhiên và vꢁn tꢐc cꢄa electron trꢝ lꢋi

giá trꢟ 0

q_e

v_trôi= E

m*

τ

– Khi ñó, vꢁn tꢐc trôi chính bꢛng

– ðꢃ ý rꢛng vꢁn tꢐc trôi tꢣ lꢂ tuyꢊn tính vꢀi ñꢑ lꢀn cꢄa ñiꢂn trưꢎng E

q_e

τ

v_trôi= µE

µ

=

m*

– µ là ñꢑ linh ñꢑng (thꢘ nguyên: vꢁn tꢐc/ñiꢂn trưꢎng = cm²/ V·sec)

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

5

Conductors

Mꢄt ñꢈ dòng ñiꢂn

• Dưꢀi tác ñꢑng cꢄa ñiꢂn trưꢎng, mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn lꢀn như thꢊ

nào?

– ðây là khái niꢂm vꢆ thông lưꢙng, tương tꢅ nhꢈng gì chúng ta ñã

xét trưꢀc ñó.

^{• Vector mꢁ}ꢁ^{t ñꢑ dòng ñiꢂn ñưꢙc xác ñꢟnh bꢝi mꢁt ñꢑ hꢋt tꢕi ρ vector vꢁn}

v

tꢐc (trôi)

^{theo biꢃu t}ꢁ^hꢘc

v

ꢁ

J = ρ_v

v

– Giꢕ sꢤ có n electron tꢅ do trong mꢑt ñơn vꢟ thꢃ tích (sꢐ lưꢙng trong

mꢑt ñơn vꢟ thꢃ tích), tꢘc là, mꢁt ñꢑ electron bꢛng = n

– ðiꢂn tích cꢄa mꢑt electron bꢛng q_e

– Khi ñó, mꢁt ñꢑ ñiꢂn tích ρ_vlà:

ρ_v= nq_e

– Và mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn là

Mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn tꢣ lꢂ

tuyꢊn tính vꢀi cưꢎng

ñꢑ ñiꢂn trưꢎng ngoài

q

_eτ

J = ρ_vv = nq_e

E

m*

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

6

Conductors

ðꢈ dꢁn ñiꢂn và ðꢊnh luꢄt Ohm

q_e

τ

• Ta ñã xác ñꢟnh ñưꢙc

J =

ρ

_vv = nq_e

E =σ E

m*

– Trong ñó σ biꢃu thꢟ ñꢑ dꢍn ñiꢂn cꢄa vꢁt liꢂu

• Khi viꢊt dưꢀi dꢋng biꢃu thꢘc cꢄa trưꢎng, ñꢟnh luꢁt Ohm ñưꢙc cho

bꢝi công thꢘc:

ꢁ ꢁ

J =σ E

nq_e²τ

– Trong ñó

σ

=

m*

σ

= ρ_vµ = q_eµ n

– Hay tꢉ

và

ρ_vv =

σ E

v =

µ E

• Nhꢁn xét: ðꢑ dꢍn ñiꢂn cao khi

– ðꢑ linh ñꢑng cao (thꢎi gian tán xꢋ dài và/hoꢇc khꢐi lưꢙng hiꢂu dꢚng nhꢠ)

– Mꢁt ñꢑ hꢋt tꢕi lꢀn

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

7

Conductors

Tóm tꢋt

• Tꢀi thꢎi ñiꢃm này, ta ñã biꢊt ñưꢙc:

– Các thuꢑc tính cꢄa trưꢎng

ꢁ

µ E

ꢁ

J =

ρ

τ

_vv

v =

ꢁ ꢁ

J =

σ

E

– Các thuꢑc tính cꢄa vꢁt liꢂu

nq_e²

q_e

τ

ρ_v= nq_e

µ

=

σ

=

= q_eµ n

m*

– ðiꢆu khác biꢂt giꢈa các vꢁt liꢂu là gì?

• ðꢑ linh ñꢑng cꢄa hꢋt tꢕi ( khꢐi lưꢙng hiꢂu dꢚng và thꢎi gian tán xꢋ)

• Mꢁt ñꢑ hꢋt tꢕi n!!!

– Xꢔp xꢢ tꢉ 0 to ~10²³/ cm³(tùy loꢋi vꢁt liꢂu)

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

8

Conductors

Cꢀu trúc vùng cꢌa vꢄt liꢂu rꢋn

• Cꢔu trúc vùng cꢄa vꢁt liꢂu rꢗn là mꢑt bꢘc tranh vꢆ năng lưꢙng thꢊ

(“potential energy”) cꢄa các vꢁt liꢂu (do mꢐi liên hꢂ cơ sꢝ vꢀi tính

tuꢡn hoàn cꢄa các tinh thꢃ và cơ hꢞc lưꢙng tꢤ)

• Trong vꢁt liꢂu:

– Tꢏn tꢋi các trꢋng thái (“states”), hay vùng (“bands”) tꢋi các mꢘc năng

lưꢙng khác nhau ñưꢙc gꢞi là các trꢋng thái cho phép. ðiꢆu này có

nghĩa là các hꢋt tꢕi chꢢ có thꢃ chiꢊm các trꢋng thái ꢝ các mꢘc năng

lưꢙng nhꢔt ñꢟnh

– Tꢏn tꢋi các mꢘc năng lưꢙng không cho phép: trꢋng thái cꢔm hay vùng

cꢔm (“band gaps”)

• Trong vꢁt liꢂu rꢗn, các electron có xu hưꢀng chiꢊm các trꢋng thái có mꢘc

năng lưꢙng thꢔp nhꢔt.

– Nói mꢑt cách ñơn giꢕn, mꢘc năng lưꢙng cao nhꢔt ꢝ ñꢑ 0 tuyꢂt ñꢐi ñưꢙc gꢞi là

mꢘc năng lưꢙng Fermi (Fermi energy)

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

9

Conductors

Cꢀu trúc vùng cꢌa vꢄt liꢂu rꢋn

– Trong vꢁt liꢂu bán dꢍn và ñiꢂn môi, năng lưꢙng Fermi nꢛm trong vùng

cꢔm. ðiꢆu này có nghĩa là, các electron chiꢊm ñꢡy các mꢘc năng lưꢙng

cꢄa mꢑt trong các vùng, và không có electron nào chiꢊm các mꢘc năng

lưꢙng ꢝ vùng cao hơn tiꢊp theo. Vùng năng lưꢙng cao nhꢔt ñiꢆn ñꢡy

các electron ñưꢙc gꢞi là vùng hóa trꢟ (valence band), vùng cao nhꢔt tiꢊp

theo ñưꢙc gꢞi là vùng dꢍn (conduction band), và vùng năng lưꢙng nꢛm

giꢈa vùng dꢍn và vùng hóa trꢟ ñưꢙc gꢞi là vùng cꢔm (band gap).

– Electron trong vùng hóa trꢟ không thꢃ gia tꢐc khi có tác dꢚng cꢄa trưꢎng

ngoài, bꢝi vì không còn trꢋng thái năng lưꢙng nào trong vùng hóa trꢟ ñꢃ

electron có thꢃ chuyꢃn ñꢑng nhanh hơn. Vì vꢁy, không có sꢅ dꢍn ñiꢂn ꢝ

ñꢑ 0 tuyꢂt ñꢐi.

• ꢥ mꢑt nhiꢂt ñꢑ hꢈu hꢋn, do nhiꢂt năng, mꢑt sꢐ electron ꢝ vùng hóa

trꢟ ñưꢙc kích thích và nhꢕy lên vùng dꢍn

• Khꢐi lưꢙng electron nhꢕy lên vùng dꢍn phꢚ thuꢑc vào ñꢑ lꢀn cꢄa

vùng cꢔm

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

10

Conductors

Cꢀu trúc vùng cꢌa vꢄt liꢂu rꢋn

Vùng dꢍn (các trꢋng

thái cho phép)

Vùng tꢋp chꢔt (các

trꢋng thái cho phép)

Vùng phân cách

(Các trꢋng thái cꢔm)

Mꢘc Fermi

Vùng hóa trꢟ (các trꢋng

thái cho phép)

• Mꢘc Fermi cho biꢊt các trꢋng thái năng lưꢙng bꢟ chiꢊm giꢈ như

thꢊ nào

– Mꢘc Fermi phꢦng biꢃu thꢟ rꢛng không có ñiꢂn áp ngoài ñꢇt vào

– Hꢡu hꢊt các mꢘc năng lưꢙng trên mꢘc Fermi không có electron

– Các mꢘc năng lưꢙng dưꢀi mꢘc Fermi ñiꢆn ñꢡy các electron

• Vùng cꢔm nhꢠ thưꢎng dꢍn tꢀi sꢐ lưꢙng hꢋt tꢕi dꢍn ñiꢂn lꢀn

– Kim loꢋi: vùng cꢔm bꢛng 0, n ~ 10²³cm^-3

– Bán dꢍn: vùng cꢔm trung bình, n ~ 10¹⁰-10²¹cm^-3

– ðiꢂn môi: vùng cꢔm lꢀn, n ~ 0 cm^-3

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

11

Conductors

nq_e²τ

m*

Kim loꢃi

σ

=

= q_eµ n

• Mꢘc năng lưꢙng Fermi nꢛm ꢝ giꢈa mꢑt trong các vùng năng

lưꢙng

– Electron trong vùng năng lưꢙng này có thꢃ gia tꢐc mꢑt cách dꢓ

dàng do không có vùng cꢔm giꢈa vùng hóa trꢟ và vùng dꢍn

– Sꢐ lưꢙng hꢋt tꢕi tꢅ do trong kim loꢋi lꢀn hơn rꢔt nhiꢆu so vꢀi trong

chꢔt ñiꢂn môi

• Thông thưꢎng khoꢕng 10²²/ cm³

– Thꢎi gian tán xꢋ ñiꢃn hình trong các kim loꢋi thưꢎng vào khoꢕng

10^-14sec

– ðꢑ linh ñꢑng ñiꢃn hình cꢄa kim loꢋi vào khoꢕng vài trăm cm²/

V·sec

• ðꢑ dꢍn ñiꢂn cꢄa kim loꢋi cao (thꢘ nguyên: 1/(Ω·m)

– Thông sꢐ vꢁt liꢂu tương ñương là “ñiꢂn trꢝ suꢔt” ρ (thꢘ nguyên:

Ω·m)

1

ρ

= =

σ

q

_eµ n

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

12

Conductors

Tính toán ñiꢂn trꢍ mꢈt chiꢎu (dc)

• Xét mꢑt khꢐi vꢁt liꢂu dꢍn ñiꢂn ñꢏng nhꢔt vꢀi các tiꢊp ñiꢃm lý

tưꢝng ꢝ hai ñꢡu.

– Theo ñꢟnh luꢁt Ohm,

w

l

mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn bꢛng: J = σ · E

– Tuy nhiên, theo ñꢟnh luꢁt

Ohm thông thưꢎng I · R = V

t

– ꢥ ñây dòng ñiꢂn I chính bꢛng tích phân

cꢄa mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn theo tiꢊt diꢂn ngang

• Trưꢎng là ñꢏng nhꢔt ꢀ mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn cũng ñꢏng nhꢔt

• Vì vꢁy I = (diꢂn tích tiꢊt diꢂn ngang) · J = w · t · σ · E

– Hiꢂu ñiꢂn thꢊ V hai ñꢡu chính bꢛng tích phân ñưꢎng cꢄa cưꢎng ñꢑ

ñiꢂn trưꢎng

• Cũng như vꢁy, do trưꢎng là ñꢏng nhꢔt ꢀ viꢂc tính toán rꢔt dꢓ dàng

• V = E · l

– Vꢁy ta có (w · t · σ · E) · R = E · l

– Hay

l

ρ

l

ρl

R =

= =

t w

σ

t w S

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

13

Conductors

Các vꢄt liꢂu dꢁn ñiꢂn thông dꢏng

• Bꢋc

– ðꢑ dꢍn ñiꢂn lꢀn nhꢔt trong tꢔt cꢕ các kim loꢋi

– ðꢑ dꢍn ñiꢂn σ = 63x10⁶/ (Ωm)

• ðꢏng

– ðưꢙc sꢤ dꢚng chꢄ yꢊu ñꢃ làm dây dꢍn

– ðꢑ dꢍn ñiꢂn σ = 59.6x10⁶/ (Ωm)

• Vàng

– Rꢔt trơ vꢆ mꢇt hóa hꢞc

– ðꢑ dꢍn ñiꢂn σ = 45.2x10⁶/ (Ωm)

• Nhôm

– Vꢁt liꢂu thông dꢚng ñꢃ làm dây dꢍn

– ðꢑ dꢍn ñiꢂn σ = 37.7x10⁶/ (Ωm)

• Dꢓ kꢊt hꢙp vꢀi ôxy

• Liên kꢊt tꢐt vꢀi Si

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

14

Conductors

Các vꢄt liꢂu dꢁn ñiꢂn khác

• polysilicon

– Sꢤ dꢚng chꢄ yꢊu ñꢃ làm cꢅc cꢤa (gate) cꢄa MOSFETs

• ðꢑ ꢌn ñꢟnh nhiꢂt ñꢑ lꢀn

• Các kim loꢋi chꢟu nhiꢂt

– Crom, Palañi, Vônfram

– ðꢑ ꢌn ñꢟnh nhiꢂt ñꢑ rꢔt cao

• Silicides chꢟu nhiꢂt

– ðiꢂn trꢝ suꢔt trung bình

• WSi₂70 µΩcm

• Pd₂Si 30 µ Ωcm

– ðꢑ ꢌn ñꢟnh nhiꢂt ñꢑ cao

– Sꢤ dꢚng cùng vꢀi poly ñꢃ làm cꢅc cꢤa cꢄa MOSFETs

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

15

Conductors

Các vꢄt liꢂu bán dꢁn

• ðꢐi vꢀi vùng cꢔm ñiꢃn hình khoꢕng 1eV, chꢢ có khoꢕng 10¹⁰

electron/cm³ñưꢙc kích thích bꢝi nhiꢂt ñꢑ ñꢃ chuyꢃn lên vùng

dꢍn ꢝ nhiꢂt ñꢑ phòng

• Sꢐ lưꢙng hꢋt tꢕi tương ñꢐi nhꢠ này chꢟu trách nhiꢂm dꢍn ñiꢂn

trong các bán dꢍn thuꢡn

• Viꢂc kích thích các electron lên vùng dꢍn sꢜ ñꢃ lꢋi các lꢖ trꢐng

trong vùng hóa trꢟ. Các lꢖ trꢐng này cũng có thꢃ dꢍn ñiꢂn

• Có thꢃ pha vào vꢁt liꢂu bán dꢍn các tꢋp chꢔt ñꢃ thay ñꢌi ñáng

kꢃ sꢐ lưꢙng hꢋt tꢕi, và do ñó thay ñꢌi ñꢑ dꢍn ñiꢂn (hay tương

ñương, ñiꢂn trꢝ suꢔt)

– Tꢋp chꢔt donor (loꢋi n) tꢋo ra các trꢋng thái năng lưꢙng gꢡn vùng

dꢍn, cho phép các electron dꢓ dàng chuyꢃn lên vùng dꢍn

– Tꢋp chꢔt acceptor (loꢋi p) tꢋo ra các trꢋng thái năng lưꢙng ngay

phía trên vùng hóa trꢟ, cho phép dꢓ dàng tꢋo ra các lꢖ trꢐng.

– Ngay cꢕ vꢀi tꢣ lꢂ 1 nguyên tꢤ tꢋp chꢔt/ 1 tꢣ nguyên tꢤ bán dꢍn

thuꢡn cũng có thꢃ tác ñꢑng mꢑt các ñáng kꢃ tꢀi ñꢑ dꢍn ñiꢂn

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

16

Conductors

Sꢐ dꢁn ñiꢂn trong bán dꢁn

• Các chꢔt bán dꢍn

– Tùy vào viꢂc ngưꢎi ta pha vào chꢔt bán dꢍn thuꢡn nhꢈng loꢋi tꢋp gì, các

hꢋt tꢕi trong bán dꢍn có thꢃ là electron (gꢞi là bán dꢍn loꢋi n) hoꢇc lꢖ trꢐng

(gꢞi là bán dꢍn loꢋi p); so vꢀi các kim loꢋi (là vꢁt liꢂu chꢢ có electron), bán

dꢍn có ñiꢂn trꢝ suꢔt tương ñꢐi cao

• Electron:

band diagram

electrons

– Mang ñiꢂn tích âm,

chꢋy “xuꢐng dꢐc”

• Lꢖ trꢐng:

– Mang ñiꢂn tích dương,

chꢋy “lên dꢐc”

+

holes

current

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

17

Conductors

Các vꢄt liꢂu dꢁn ñiꢂn khác: các chꢀt ñiꢂn phân

• Dòng ñiꢂn trong các chꢔt ñiꢂn phân là dòng chꢕy cꢄa các ion

– Ví dꢚ: Nꢊu ñꢇt mꢑt trưꢎng ngoài vào dung dꢟch Na+ and Cl–, các

ion Na+ sꢜ dꢟch chuyꢃn vꢆ phía ñiꢂn cꢅc âm (anode), và các ion

Cl- sꢜ chuyꢃn ñꢑng vꢆ phía ñiꢂn cꢅc dương (cathode). Nꢊu có các

ñiꢆu kiꢂn phù hꢙp, phꢕn ꢘng ôxy hóa khꢤ xꢕy ra, giꢕi phóng các

electron khꢠi Cl-, và các electron này sꢜ bꢟ ion Na+ hꢔp thꢚ.

– Trong mꢑt sꢐ chꢔt ñiꢂn phân rꢗn, dòng ñiꢂn là dòng chꢕy cꢄa các

proton

• Do các khꢐi lưꢙng cꢄa các hꢋt tꢕi (ion) lꢀn hơn rꢔt nhiꢆu so vꢀi

khꢐi lưꢙng cꢄa electron, các vꢁt liꢂu này thưꢎng có trꢝ kháng

lꢀn hơn kim loꢋi.

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

18

Conductors

Khí và plasma

• Trong các khí trung hòa (chưa bꢟ ion hóa), ñꢑ dꢍn ñiꢂn rꢔt thꢔp

– Chúng ñóng vai trò như các chꢔt cách ñiꢂn (ñiꢂn môi),

– Khi ñiꢂn trưꢎng ñꢋt tꢀi giá trꢟ ñánh thꢄng, các electron bꢟ kéo ra

khꢠi các nguyên tꢤ, và tꢋo ra plasma.

– plasma cho phép dꢍn ñiꢂn, tꢋo tia lꢤa ñiꢂn, hꢏ quang hay chꢀp

– ðꢐi vꢀi không khí thông thưꢎng ꢝ bên dưꢀi trưꢎng ñánh thꢄng,

nguꢏn dꢍn ñiꢂn chính là các phân tꢤ nưꢀc linh ñꢑng.

• Plasma là mꢑt trꢋng thái vꢁt chꢔt mà ꢝ ñó mꢑt sꢐ electron trong

mꢑt loꢋi khí nào ñó ñưꢙc ñưꢙc tách ra (ion hóa) tꢉ các nguyên

tꢤ mꢧ

• Plasma có thꢃ ñưꢙc tꢋo ra bꢝi

– Nhiꢂt ñꢑ cao

– ðꢇt vào không khí mꢑt ñiꢂn trưꢎng ngoài có cưꢎng ñꢑ lꢀn hơn

cưꢎng ñꢑ ñiꢂn trưꢎng ñánh thꢄng

• Sꢅ dꢍn ñiꢂn trong mꢑt plasma là do sꢅ chuyꢃn ñꢑng cꢄa cꢕ

electron và các ion tích ñiꢂn dương

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

19

Conductors

Chꢀt dꢁn ñiꢂn trong trưꢅng tĩnh ñiꢂn (dc)

• Bên trong mꢑt chꢔt dꢍn ñiꢂn hꢡu hꢊt là trung hòa vꢆ ñiꢂn

– Có mꢁt ñꢑ các electron tích ñiꢂn âm tꢅ do lꢀn.

– Nhưng cũng có mꢑt mꢁt ñꢑ các ñiꢂn tích dương bꢛng vꢀi mꢁt ñꢑ

ñiꢂn tích âm.

– Chúng ta thưꢎng giꢕ ñꢟnh sꢐ lưꢙng ñiꢂn tích âm và dương là hoàn

toàn bꢛng nhau.

• Xét mꢑt mꢕnh kim loꢋi ñưꢙc cách ly vꢀi các kꢊt nꢐi bên ngoài,

không có sꢅ biꢊn thiên theo thꢎi gian

– Dòng ñiꢂn phꢕi bꢛng 0

– Mꢁt ñꢑ dòng ñiꢂn phꢕi bꢛng 0

– Theo ñꢟnh luꢁt Ohm, ñiꢂn trưꢎng bên trong phꢕi bꢛng 0!!!!

EE 325, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin

Dean P. Neikirk

©

2004, last update August 30, 2007

20