BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Chương 3- Chất bán dẫn (Semiconductor)

• Định nghĩa chất bán dẫn • Cấu trúc mạng tinh thể chất bán dẫn • Chất bán dẫn thuần • Chất bán dẫn không thuần • Dòng điện trong chất bán dẫn • Độ dẫn điện của chất bán dẫn

www.ptit.edu.vn Trang 1 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

1. Định nghĩa (cid:153) Chất bán dẫn là vật chất có điện trở suất nằm ở giữa trị số điện trở suất của chất dẫn điện và chất điện môi khi ở nhiệt độ phòng, ρ= 10-4 ÷ 107 Ω.m (cid:153) Chất bán dẫn là chất mà trong cấu trúc dải năng lượng có độ rộng vùng cấm là 0

www.ptit.edu.vn Trang 2 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

2. Cấu trúc mạng tinh thể chất bán dẫn đơn Si Mỗi nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử bên cạnh

o A35.2

o A43.5

www.ptit.edu.vn Trang 3 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Cấu trúc mạng tinh thể của chất bán dẫn ghép

Ga

As

Chất bán dẫn ghép: Hợp chất của các nguyên tử thuộc phân nhóm chính nhóm III và phân nhóm chính nhóm V: GaAs, GaP, GaN,… Chúng có ứng dụng quan trọng trong các cấu kiện quang điện và IC tốc độ cao

www.ptit.edu.vn Trang 4 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

3. Chất bán dẫn thuần (Intrinsic semiconductor) (cid:153) Chất bán dẫn mà ở mỗi nút của mạng tinh thể của nó chỉ có nguyên tử của một loại nguyên tố, ví dụ như các tinh thể Ge (gecmani) Si (silic) nguyên chất ...

E

Si

Si

Si

+4

+4

+4

(cid:153) VD: tinh thể Si, EG= 1,1eV (tại nhiệt độ 3000K) Dải dẫn Điện tử

EC

EG < 2 eV

Si

Si

Si

EV

+4

+4

+4

Lỗ trống

Si

Si

Si

+4

+4

+4

Dải hoá trị

www.ptit.edu.vn Trang 5 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Sự tạo thành lỗ trống và điện tử tự do

Si

Si

Si

+4

+4

+4

(cid:131) Ở nhiệt độ phòng một số liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ tạo ra điện tử tự do và lỗ trống

(cid:131) Lỗ trống cũng có khả năng dẫn điện

Si

Si

Si

như điện tử tự do

+4

+4

+4

Lỗ trống

Điện tử tự do

Si

Si

Si

(cid:131) Bán dẫn thuần có nồng độ hạt dẫn lỗ trống và nồng độ hạt dẫn điện tử bằng nhau: p = n = pi = ni

+4

+4

+4

(cid:131) Độ dẫn điện của chất bán dẫn σ:

(n.

p.

).q

σ =

μ + μ

n

p

μn - độ linh động của điện tử tự do μp - độ linh động của lỗ trống q – điện tích của điện tử q=1,6.10-19C

(cid:131) J – mật độ dòng điện khi chất bán dẫn

J

(n.

p.

).q.E

.E

=

μ + μ

= σ

n

p

đặt trong điện trường ngoài E:

www.ptit.edu.vn Trang 6 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Các thuật ngữ

(cid:131) Nồng độ điện tử tự do trong chất bán dẫn (Electron Concentration):

n [cm-3] - số lượng điện tử tự do trong một đơn vị thể tích chất bán dẫn (ni, nn, np)

(cid:131) Nồng độ lỗ trống trong chất bán dẫn (Hole Concentration):p [cm-3] - số lượng

lỗ trống trong một đơn vị thể tích chất bán dẫn (pi, pn, pp)

(cid:131) Độ linh động của điện tử tự do (Electron Mobility): μn[cm2/(V.s)] – Tham số xác định mức độ phân tán của điện tử trong chất bán dẫn, tỉ lệ thuận với vận tốc khuyếch tán của điện tử và cường độ trường điện từ, cũng như tỉ lệ giữa nồng độ điện tử và độ dẫn điện của chất bán dẫn

(cid:131) Độ linh động của lỗ trống (Hole Mobility) : μp[cm2/(V.s)] - Tham số xác định mức độ phân tán của lỗ trống trong chất bán dẫn, tỉ lệ thuận với vận tốc khuyếch tán của lỗ trống và cường độ trường điện từ, cũng như tỉ lệ giữa nồng độ lỗ trống và độ dẫn điện của chất bán dẫn

(cid:131) Độ dẫn điện (Electrical conductivity): σ [Ω.m]-1 - tham số đo khả năng dẫn

dòng điện thông qua một đơn vị vật liệu, σ = 1/ρ

www.ptit.edu.vn Trang 7 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Quá trình tạo hạt tải điện và quá trình tái hợp

(cid:153) Quá trình tạo ra hạt tải điện trong chất bán dẫn thuần:

(cid:131) do năng lượng nhiệt “thermal generation (cid:131) do năng lượng quang học “optical generation”

(cid:153) Quá trình tái hợp giữa điện tử tự do và lỗ trống và giải phóng năng

lượng 2 theo cách:

(cid:131) Tạo ra nhiệt lượng làm nóng chất bán dẫn: “thermal recombination”-

Tái hợp toả nhiệt

(cid:131) Phát xạ ra photon ánh sáng : “optical recombination”- Tái hợp phát

quang

“Optical recombination” rất hiếm xảy ra trong trong chất bán dẫn thuần Si, Ge mà chủ yếu xảy ra trong các loại vật liệu bán dẫn ghép

(cid:153) Quá trình tạo và tái hợp liên tục xảy ra trong chất bán dẫn, và đạt trạng

thái cân bằng khi tốc độ của 2 quá trình đó bằng nhau

www.ptit.edu.vn Trang 8 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

- Tốc độ tạo hạt tải điện phụ thuộc vào T nhưng lại độc lập với n và p -

nồng độ của điện tử tự do và của lỗ trống : )( GT +

thermal

optical

GG = - Trong khi đó tốc độ tái hợp lại tỷ lệ thuận với cả n và p

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

np

R ∝ - Trạng thái ổn định xảy ra khi tốc độ tạo và tái hợp cân bằng

np

Tf )(

RG =

⇒

=

- Nếu trong trường hợp không có các nguồn quang và nguồn điện trường là trạng thái cân bằng nhiệt

ngoài, trạng thái ổn định được gọi “thermal equilibrium”

np

)(2 Tn

i=

www.ptit.edu.vn Trang 9 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Hàm phân bố Fermi-Dirac

(cid:131) Xét một hệ gồm nhiều hạt giống hệt nhau có thể nằm trên nhiều mức năng lượng khác nhau → hàm phân bố, bởi vì để xét các tính chất khác nhau của hệ trước hết ta cần phải biết các hạt này phân bố theo các mức năng lượng trên như thế nào?

(cid:131) Xét hệ gồm N điện tử tự do nằm ở trạng thái cân bằng nhiệt tại nhiệt độ T. Phân bố các điện tử đó tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli. Tìm phân bố của các điện tử theo các mức năng lượng?

www.ptit.edu.vn Trang 10

(cid:131) Áp dụng nguyên lý năng lượng tối thiểu: “xác suất để một hệ gồm N hạt giống hệt nhau nằm trong trạng thái năng lượng E tỷ lệ nghịch với E theo hàm mũ exp, cụ thể là: PN(E) ~ exp(-E/kT) GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Hàm phân bố Fermi-Dirac (1)

(cid:190)Xác suất mức năng lượng E [eV] bị điện tử lấp đầy tại nhiệt độ T tuân theo hàm phân bố Fermi- Dirac:

Ef (

)

=

E

F

f(E)

1

exp

1 E − KT

⎞ +⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

K: Hằng số Boltzmann (eV/ 0K)

T=00K 11

T=3000K 0,5

T=25000K

0

K= 8,62×10-5 eV/0K T - Nhiệt độ đo bằng 0K EF - Mức Fermi (eV) (cid:190) EF - mức năng lượng Fermi là mức năng lượng lớn nhất còn bị e- lấp đầy tại T=00 K

-1 0,2 1 (E-EF) 0

www.ptit.edu.vn Trang 11 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Hàm phân bố Fermi-Dirac (2)

E

Ef (

)

=

E

F

Vùng dẫn

1

exp

1 E − KT

⎞ +⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

T = 10000K T = 3000K

T = 00K

EC

E > EF => f(E) = 0 E < EF => f(E) = 1

F

EF

EG

T > 00K (T=3000K; KT=26.10-3eV)

T = 00K

EV

E

(

)

−

EF

KT

Vùng hoá trị

E - EF >> KT ⇒

( Ef

)

e

≈

(

)

EE −

F

0 0.5 1 f(E)

KT

E - EF << - KT ⇒

( Ef

1)

e

−≈

( Ef

)

T

=

∀

F

1 2

EC [eV]- Đáy của vùng dẫn EV [eV]- Đỉnh của vùng hóa trị EF [eV]- Mức năng lượng Fermi

www.ptit.edu.vn Trang 12 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

4. Chất bán dẫn không thuần (cid:153) Chất bán dẫn mà một số nguyên tử ở nút của mạng tinh thể của nó được thay thế bằng nguyên tử của chất khác gọi là chất bán dẫn không thuần. Có hai loại chất bán dẫn không thuần:

(cid:131) Chất bán dẫn không thuần loại N – gọi tắt là Bán dẫn loại N (cid:131) Chất bán dẫn không thuần loại P – gọi tắt là Bán dẫn loại P

Acceptors: B, Al, Ga, In

Donors: P, As, Sb

www.ptit.edu.vn Trang 13 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

a. Chất bán dẫn loại N (1) (cid:190) Thêm một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 5 (As, P, Sb…) vào chất bán dẫn thuần Ge (Si). Trong nút mạng nguyên tử tạp chất sẽ đưa 4 điện tử trong 5 điện tử hóa trị của nó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge (hoặc Si) ở bên cạnh; còn điện tử thứ 5 sẽ thừa ra và liên kết của nó trong mạng tinh thể là rất yếu, ở nhiệt độ phòng cũng dễ dàng tách ra trở thành điện tử tự do trong tinh thể và nguyên tử tạp chất cho điện tử trở thành các ion dương cố định

E

Si

Si

Si

Vùng dẫn

+ 4

+ 4

+ 4

e5

Si

Si

Sb

EC ED

+ 5

+ 4

+ 4

Si

Mức cho EG

Si

Si

EV

Vùng hoá trị

+ 4

+ 4

+ 4

0,01e V

www.ptit.edu.vn Trang 14 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

a. Chất bán dẫn loại N (2)

(cid:131)Nồng độ điện tử tự do trong chất bán dẫn loại N tăng nhanh nhưng tốc độ tái hợp tăng nhanh nên nồng độ lỗ trống giảm xuống nhỏ hơn nồng độ có thể có trong bán dẫn thuần (cid:131)Trong chất bán dẫn loại N, nồng độ hạt dẫn điện tử (nn) nhiều hơn nhiều nồng độ lỗ trống pn và điện tử được gọi là hạt dẫn đa số, lỗ trống được gọi là hạt dẫn thiểu số.

nn >> pn nn=Nd+pn≈ Nd

p

=

=

n

2 n i N

d

2 n i n n Nd – Nồng độ ion nguyên tử tạp chất cho (Donor)

www.ptit.edu.vn Trang 15 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

b. Chất bán dẫn loại P (cid:190) Thêm một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 3(In, Bo, Ga…) vào chất bán dẫn thuần Ge (Si). Trong nút mạng, nguyên tử tạp chất chỉ có 3 điện tử hóa trị đưa ra tạo liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử Ge (Si) ở bên cạnh, mối liên kết thứ 4 để trống và tạo thành một lỗ trống. Điện tử của mối liên kết gần đó có thể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kết thứ 4 còn để trống đó. Nguyên tử tạp chất vừa nhận thêm điện tử sẽ trở thành ion âm và ngược lại ở nguyên tử Ge/Si vừa có 1 điện tử chuyển đi sẽ tạo ra một lỗ trống và nguyên tử này sẽ trở thành ion dương cố định

Si

Si

Si

+4

+4

+4

E

Vùng dẫn

Si

Si

In

+3

+4

+4

EC

EG

Si

Mức nhận

Si

Si

+4

+4

+4

EA EV

Vùng hoá trị

0,01eV

www.ptit.edu.vn Trang 16 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

b. Chất bán dẫn loại P

(cid:131)Nồng độ lỗ trống trong chất bán dẫn loại P tăng nhanh nhưng tốc độ tái hợp tăng nhanh nên nồng độ điện tử tự do giảm xuống nhỏ hơn nồng độ có thể có trong bán dẫn thuần (cid:131)Trong chất bán dẫn loại P, nồng độ hạt dẫn lỗ trống (pp) nhiều hơn nhiều nồng độ điện tử tự do np và lỗ trống được gọi là hạt dẫn đa số, điện tử tự do được gọi là hạt dẫn thiểu số pp >> np pp=Na+np≈ Na

n

=

=

p

2 n i p

2 n i N

a

p Na – Nồng độ ion nguyên tử tạp chất nhận (Acceptor)

www.ptit.edu.vn Trang 17 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Nồng độ hạt tải điện trong bán dẫn không thuần (1) (cid:153) Thực tế Silicon thường được pha tạp cả chất Donor và Acceptor. Giả sử

nồng độ pha tạp tương ứng là Nd, Na .

N

N

N

N

(cid:153) Để tạo thành bán dẫn N thì Nd>Na, điện tử cho của nguyên tử Donor sẽ ion hóa tất cả các nguyên tử Acceptor để hoàn thành liên kết còn thiếu điện tử → quá trình bù “Compensation”. Điện tích trong chất bán dẫn N trung hòa nên: Nd- Na + p - n = 0 (

(

)

)

d

a

d

a

1

=

+

+

n n

− 2

− 2

N

24 n i N −

)2

(

a

d

(cid:153) Nếu Nd>>Na nên Nd-Na>>ni thì có thể tính gần đúng nồng độ các loại

hạt tải điện như như sau:

;

N

p

n N ≅

−

≅

a

d

N

N

2 n i −

d

a

www.ptit.edu.vn Trang 18 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Nồng độ hạt tải điện trong bán dẫn không thuần (2) (cid:153) Tương tự để tạo thành bán dẫn P thì Na>Nd, trong bán dẫn cũng xảy ra quá trình bù, tính toán tương tự ta có nồng độ lỗ trống trong trường hợp này được tính như sau:

N

N

N

N

(

)

(

)

a

d

a

d

p

1

=

+

+

p

− 2

− 2

N

24 n i N −

)2

(

d

a

(cid:153) Nếu Na>>Nd nên Na-Nd>>ni thì có thể tính gần đúng nồng độ

các loại hạt tải điện như như sau:

p

N

N

n

≅

−

≅

p

a

d

p

N

N

2 n i −

a

d

www.ptit.edu.vn Trang 19 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Mức Fermi trong chất bán dẫn không thuần (1)

(cid:190) Mức Fermi trong chất bán dẫn N (Nd càng tăng mức Fermi càng tiến gần tới đáy của dải dẫn): (

)

E

E

−

F

C

KT

n

N

=

=

n

. eN C

d

C

E

KT

ln

=

−

F

E C

N N

d

EF

i

www.ptit.edu.vn Trang 20 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Mức Fermi trong chất bán dẫn không thuần (2)

(cid:190) Mức Fermi trong chất bán dẫn P (Na càng tăng mức Fermi càng tiến gần xuống đỉnh của dải hóa trị):

E

E

(

)

−

V

F

KT

p

N

=

=

. eN V

a

E

KT

ln

=

+

F

E V

N V N

a

i

EF

www.ptit.edu.vn Trang 21 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

5. Dòng điện trong chất bán dẫn (1)

(cid:131) Dòng điện khuếch tán: tạo ra do sự chuyển động ngẫu nhiên do nhiệt của các hạt tải điện (thường có giá trị trung bình =0) và sự khuếch tán các hạt tải điện từ vùng có mật độ cao sang vùng có mật độ thấp hơn:

2 3

J

. Dq

J

. Dq

=

−=

diff

(

n

)

n

diff

(

p

)

p

dn dx

dp dx

1 electron 4

5 2 3

DP’ Dn [m2/sec] - là hệ số khuếch tán của lỗ trống; điện tử dp/dx, dn/dx gradient nồng độ lỗ trống và điện tử tự do

1 electron 4 5

E

(cid:131) Dòng diện trôi (Dòng điện cuốn): Dòng chuyển dịch của các hạt

tải điện do tác động của điện trường E:

Jdriff =Jdriff(n) + Jdriff(p) = σ.E = q(nμn + pμp).E

www.ptit.edu.vn Trang 22 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

5. Dòng điện trong chất bán dẫn (2)

(cid:131) Dòng tổng cộng trong chất bán dẫn:

J = Jdriff + Jdiff = Jn + Jp

J

J

J

J

E

qn

qp

J

J

+

+

=

=

qDE −

+

=

=

n

)( n

diff

driff

μ n

qD n

μ p

driff

diff

p

p

p

p

)

(

( ) n

(

)

dn dx

dp dx (cid:131) “Einstein Relation”: Độ linh động μ và hệ số khuếch tán D được xác theo mô hình vật lý dựa trên cơ sở một số lượng lớn hạt tải chịu những chuyển động nhiệt ngẫu nhiên với sự va chạm thường xuyên, 2 hằng số này tỉ lệ với nhau theo “Einstein Relation” như sau:

=

kT q

D μ

(cid:131) Điện áp nhiệt “Thermal Voltage”:

V th =

k - hằng số Boltzmann, k =1,38.10-23 [J/0K] q [C] – điện tích hạt tải, T [0K ]

kT q

www.ptit.edu.vn Trang 23 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

6. Độ dẫn điện của chất bán dẫn

(cid:131) Độ dẫn điện của chất bán dẫn khi có cả 2 hạt tải điện tham gia:

σ = q(nμn + pμp)

(cid:131) Với bán dẫn loại n, n>>p, độ dẫn điện là:

(cid:131) Với bán dẫn loại p, p>>n, độ dẫn điện là:

[(Ω.m)-1] [(Ω.m)-1]

σn = qNDμn σp = qNAμp

(cid:131) Tạp chất càng nhiều thì điện trở suất càng giảm, tuy nhiên độ linh động μnvà μp lại giảm khi nồng độ chất pha tạp tăng, như vậy cơ chế dẫn điện trong vùng pha tạp mạnh tương đối phức tạp

(cid:131) Nồng độ giới hạn các nguyên tử tạp chất muốn đưa vào tinh thể bán dẫn được quyết định bởi giới hạn hòa tan của tạp chất ấy. Nếu vượt quá giới hạn này thì hiện tượng kết tủa sẽ xảy ra, khi đó tạp chất sẽ không còn có các tính chất như mong muốn nữa

www.ptit.edu.vn Trang 24 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1

BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ

Tổng kết

(cid:131) Chất bán dẫn thuần, không thuần (cid:131) Hàm phân bố Fermi-Dirac, Mức Fermi… (cid:131) Nồng độ hạt tải trong chất bán dẫn:

(

E

E

/)

kT

−

E

/)

kT

−

F

Fi

Fi

pn .

n

p

=

=

n

( E Fen

=

p

=

2 i

2 i

i

en i

độ dẫn điện lớn

nq (

q

)

σ

=

+

(cid:131) Mức Fermi trong chất bán dẫn thay đổi theo nồng độ pha tạp (cid:131) Chất bán dẫn thuần có độ dẫn điện nhỏ, chất bán dẫn không thuần . μ n

. μ q

J

J

J

qp

=

+

=

qDE −

J

J

J

qn

E

=

+

=

+

p

driff

(

p

)

diff

p

μ p

p

n

driff

)( n

diff

μ n

qD n

(

)

( ) n

dp dx

dn dx

D

D

J

J

J

=

+

n μ= n

V th =

p μ=

p

n

p

kT q

kT q

kT q

www.ptit.edu.vn Trang 25 GIẢNG VIÊN: ThS. Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1