›
›

Bài giảng Vật lý chất rắn - Chương 7: Các chất bán dẫn điện - Lê Văn Thăng

Download
Chöông VII  
I. CAÁU TRUÙC VUØNG NAÊNG LÖÔÏNG CUÛA  
CHAÁT BAÙN DAÃN  
Töø ñöôøng taùn saéc E(k) coù theå xaùc ñònh ñöôïc nhieàu  
tính chaát cuûa vaät lieäu.  
Thöïc teá caùc tính chaát lieân quan tôùi ñieän töû (tính chaát  
quang, daãn ñieän …) cuûa caùc chaát baùn daãn hoaøn toaøn  
ñöôïc xaùc ñònh bôûi soá electron naèm ôû vuøng daãn vaø loã  
troáng ôû vuøng hoùa trò  
→ chæ quan taâm ñeán caùc nhaùnh E(k) lieân quan tôùi vuøng  
daãn vaø vuøng hoùa trò trong phaïm vi cuûa vuøng  
Brillouin.  
Vuøng daãn: Vò trí (cöïc tieåu) thaáp nhaát cuûa moät nhaùnh E(k)  
cuûa vuøng daãn → xaùc ñònh ñaùy vuøng daãn. Ta coù:  
2
2
2
2
2  
(
kz − koz  
)
(
)
(
)
kx − kox + ky − koy  
+
E(k) = E(ko) +  
2m1  
2m3  
Vôùi m1 = m2 = mT : khoái löôïng hieäu duïng ngang  
m3 = mL : khoái löôïng hieäu duïng doïc  
Xaùc ñònh baèng phöông phaùp coäng höôûng Cyclotron  
m
mT  
Tæ soá  
L : xaùc ñònh tính dò höôùng cuûa maët ñaúng naêng.  
Vuøng hoùa trò: Cöïc ñaïi cuûa caû ba nhaùnh E(k) cuûa vuøng hoùa  
trò ñeàu ôû vò trí k = 0 → ñænh vuøng hoùa trò ôû taâm cuûa vuøng  
Brillouin taïi k = 0 coù suy bieán naêng löôïng; töông taùc spin –  
quó ñaïo laøm giaûm suy bieán moät phaàn.  
* Trong hai nhaùnh ñaàu:  
+ Trong vuøng hoùa trò khoái löôïng hieäu duïng ñöôïc tính bôûi:  
m
mp =  
C2  
A B2 +  
5
vôùi A, B, C laø caùc haèng soá khoâng thöù nguyeân phuï thuoäc  
vaøo caùc chaát baùn daãn.  
Coù hai loaïi loã troáng:  
+ Loã troáng naëng:  
m
mp naëng =  
C2  
5
A − B2 +  
m
+ Loã troáng nheï:  
mp nheï =  
C2  
5
A + B2 +  
* Nhaùnh thöù ba:  
m
A
Khoái löôïng cuûa loã troáng:  
mp3ï =  
Khoaûng caùch ngaén nhaát giöõa ñaùy vuøng daãn vaø ñænh vuøng  
hoùa trò baèng ñoä roäng vuøng caám Eg.  
Caùc chaát coù ñaùy vuøng daãn vaø ñænh vuøng hoùa trò naèm cuøng  
moät ñieåm trong vuøng B (cuøng k) → chaát coù vuøng caám  
thaúng hay tröïc tieáp.  
VD: GaAs.  
Ngöôïc laïi: chaát coù ñaùy vuøng daãn vaø ñænh vuøng hoùa trò  
naèm cuøng moät ñieåm trong vuøng B (khaùc k) → chaát coù  
vuøng caám nghieâng hay giaùn tieáp.  
VD: GaP.  
II. BAÙN DAÃN TINH KHIEÁT  
BAÙN DAÃN TAÏP CHAÁT  
Ñònh nghóa  
Chaát baùn daãn laø caùc chaát coù ñoä ñoä daãn ñieän   
naèm trong khoaûng:  
Töø  
ñeán  
10-10 -1 cm-1  
104 106 -1 cm-1 (kim loaïi )  
(ñieän moâi)  
cuûa chaát baùn daãn phuï thuoäc nhieàu vaøo caùc yeáu  
toá beân ngoaøi nhö nhieät ñoä, aùp suaát, ñieän tröôøng,  
töø tröôøng, taïp chaát ...  
Baùn daãn saïch hay baùn daãn tinh khieát → khoâng pha  
taïp chaát → coøn goïi laø chaát baùn daãn ñieän rieâng.  
Pha taïp vaøo chaát baùn daãn laøm ñoä daãn ñieän cuûa noù  
thay ñoåi maïnh Baùn daãn taïp chaát.  
VÍ DUÏ  
Pha B vaø Si theo noàng ñoä 1:105 → ñoä daãn ñieän  
taêng theâm 103 laàn.  
Pha taïp vôùi noàng ñoä thích hôïp coù theå ñaït ñöôïc:  
+ Chaát baùn daãn coù ñoä daãn ñieän mong muoán.  
+ Chaát baùn daãn loaïi n hay p.  
Khi ñöa taïp chaát vaøo tinh theå baùn daãn: taïp coù theå  
theá choã caùc nguyeân töû goác ôû nuùt maïng → taïp  
chaát thay theá.  
hay naèm xen keõ vaøo giöõa caùc nuùt maïng → taïp  
chaát ñieàn khít.  
Caùc chaát baùn daãn nguyeân toá  
Chu kyø  
Caùc chaát baùn daãn hôïp chaát  
Chaát baùn daãn hôïp chaát ( AxB8-x ) :  
IV-VI  
Chaát baùn daãn nhieàu thaønh phaàn  
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 (cm) cuûa Si vaø  
GaAs vaøo noàng ñoä taïp chaát ôû 300K  
Noàng ñoä taïp  
chaát ( cm-3)  
Si  
GaAs  
N
P
N
P
2.105  
7.107  
ni  
1014  
1015  
1016  
1017  
1018  
40  
4,5  
0,6  
0,1  
2,5.10-2  
6.10-3  
180 12  
160  
22  
2,3  
12  
1,8  
0,3  
0,9  
0,2  
9.10-3  
0,3  
3,5.10-  
2,1.10-3  
6,2.10-2  
1,2.10-2  
2
1019  
2,9.10-4  
8,0.10-  
3
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  
t
o
t
o
vôùi t = ñieän trôû suaát ôû nhieät ñoä t (oC)  
o = ñieän trôû suaát ôû moät nhieät ñoä tham chieáu naøo ñoù  
to ( thöôøng laø 0 hoaëc 20oC)  
t = heä soá nhieät cuûa ñieän trôû suaát.  
Söï bieán thieân cuûa ñieän trôû theo nhieät ñoä  
t
o
t
o
Ñ trôû suaát  
Ñoä daãn ñieän   
Heä soá nhieät  
treân ñoä C  
Vaät lieäu  
7
x 10 /m  
(m)  
Baïc  
Ñoàng  
Nhoâm  
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  
Tungsten 5.6 x10-8  
9.71 x10-8  
Baïch kim 10.6 x10-8  
Manganin 48.2 x10-8  
Saét  
Chì  
Thuûy ngaân  
22 x10-8  
98 x10-8  
.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
T = o exp( )  
kT  
Söï daãn ñieän trong Si saïch ôû nhieät ñoä T = 0 K  
Vuøng daãn  
Vuøng hoaù  
trò  
Si4+ (Ge4+) : 4 electron ngoaøi ( lieân keát lai sp3)  
Khoâng coù electron trong vuøng daãn  
Söï daãn ñieän trong Si saïch ôû nhieät ñoä T > 0 K  
Vuøng daãn  
T > 0 : electron trong vuøng daãn  
loã troáng trong vuøng hoùa trò  
Taïp chaát trong caùc chaát baùn daãn  
❖ Taïp chaát thay theá  
❖Taïp chaát ñieàn khít  
Tải về để xem bản đầy đủ
ppt 90 trang myanh 22560 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật lý chất rắn - Chương 7: Các chất bán dẫn điện - Lê Văn Thăng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pptbai_giang_vat_ly_chat_ran_chuong_7_cac_chat_ban_dan_dien_le.ppt