intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 2 - Lưu Đức Trung

Chia sẻ: Bạch Khinh Dạ Lưu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:33

Thêm vào BST
Báo xấu
29
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 2 - Lưu Đức Trung cung cấp cho học viên các kiến thức về vật liệu điện tử trạng thái rắn, mô hình liên kết hóa trị, dòng điện dịch và sự dịch chuyển trong chất bán dẫn, pha tạp chất trong chất bán dẫn,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 2 - Lưu Đức Trung

  1. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN BÀI 2 ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN 2.1 Vật liệu điện tử trạng thái rắn 2.2 Mô hình liên kết hóa trị 2.3 Dòng điện dịch và sự dịch chuyển trong chất bán dẫn 2.4 Pha tạp chất trong chất bán dẫn BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  1
  2. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN 2.1 Vật liệu điện tử trạng thái rắn 3 loại: cách điện, dẫn điện và bán dẫn. Tham số cơ bản để  phân biệt các loại này là điện trở  suất  ρ: đơn vị là Ωcm. Chất cách điện: ρ > 105 Ωcm Chất dẫn điện: ρ 
  3. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN khác, đồng nguyên chất, một chất dẫn điện tốt, có điện trở  suất chỉ 3×10­6 Ωcm. Các chất bán dẫn chiếm toàn bộ khoảng điện trở suất giữa  chất dẫn điện và cách điện; hơn nữa, có thể  điều khiển  điện trở suất bằng cách thêm các tạp chất vào tinh thể bán  dẫn. BẢNG 2.1 Phân   loại   chất   rắn   theo   điện  dẫn Chất Điện dẫn (Ωcm) BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  3
  4. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Cách điện 105 
  5. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Các chất bán dẫn cơ  bản  được tạo thành từ  một loại  nguyên tử (cột IV của bảng nguyên tố tuần hoàn)  Cácbon (kim cương) Silic Germani Thiếc Các chất bán dẫn hợp chất:  được tạo ra từ  sự  kết hợp  của các nguyên tử trong cột III và V hoặc cột II và VI. Các  loại này thường được đề cập là bán dẫn hợp chất III­V (3­ 5) hay II­VI (2­6). BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  5
  6. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Cũng có nhiều hợp chất 3 thành phần như: thuỷ ngân catmi  telua, gali nhôm asen, gali Indi asen và gali indi phốtpho. Các chất bán dẫn được sử dụng: Germani, silic. gali asenic (GaAs), indi phốtphua (InP), silic cácbua Đang tìm hiểu: các hợp chất kim cương, bo nitơrít, silicon  cácbua và silicon germani (SiGe). BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  6
  7. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN 2.2 Mô hình liên kết hoá trị Các nguyên tử  có thể  liên kết với nhau theo các dạng  vô  định hình, đa tinh thể hay đơn tinh thể. Các chất không  định hình tổng thể có cấu trúc không có trật tự, trong khi đa  tinh thể  có rất nhiều các tinh thể  nhỏ. Tuy nhiên, hầu hết  các tính chất hữu ích của chất bán dẫn chỉ  có  ở  chất đơn  tinh thể  nguyên chất. Silic ­  ở  cột IV bảng tuần hoàn – có  bốn electron ở vỏ ngoài cùng. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  7
  8. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Lưới silicon 2 chiều với liên  Tạo ra cặp lỗ trống –  kết hoá trị dùng chung. Ở  electron khi phá vỡ liên  BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  8
  9. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN nhiệt độ gần 0 tuyệt đối, 0K,  kết hoá trị tất cả các liên kết được lấp  đầy, các vỏ ngoài của nguyên  tử silic đầy hoàn toàn. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  9
  10. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Mật độ electron được giải phóng bằng với mật độ hạt  mang điện nguyên chất ni (cm­3), được xác định bằng các  tính chất của nguyên tố và nhiệt độ: 2 3 EG n BT exp cm­6 (2.2.1) kT Trong đó EG = năng lượng giải phóng bán dẫn tính bằng  eV (electron Vôn) k = hằng số Boltzmann, 8.62 × 10­5 eV/K T = nhiệt độ tuyệt đối, K BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  10
  11. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN B = tham số  phụ  thuộc vào nguyên tố, 1.08 × 1031  K­3.cm­6 với Si. Năng lượng giải phóng EG là năng lượng nhỏ nhất để  phá vỡ liên kết hoá trị, do vậy sẽ giải phóng các electron để  dẫn điện. Bảng 2.3 liệt kê các giá trị  của năng lượng giải  phóng của nhiều chất bán dẫn. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  11
  12. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN BẢNG 2.3  Chất bán dẫn Năng lượng giải  phóng EG (eV) Cácbon   (kim  5.47 cương) Silic 1.12 Germani 0.66 Thiếc 0.082 Gali asenic 1.42 Gali nitơrít 3.49 Indi phốtphua 1.35 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  12
  13. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Bo nitơrít 7.50 Silic cácbua 3.26 Cátmi selenic 1.70 Mật   độ   electron   dẫn   điện  (hoặc   tự   do)   được   biểu   diễn  bằng biểu tượng n (electron/cm3), và với chất nguyên chất  n  =  ni. Thuật ngữ  nguyên chất  đề  cập đến các tính chất  chung của vật liệu nguyên chất. Mặc dù ni là một tính chất  bên trong của từng chất bán dẫn, nhưng nó phụ  thuộc vào  nhiệt độ. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  13
  14. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Một hạt mang điện thứ hai cũng được tạo ra khi liên kết  hoá trị  bị  phá vỡ. Khi một electron có điện tích –q  bằng – 1.602 × 10­19C tách ra khỏi liên kết hoá trị, nó sẽ để lại một  lỗ trống trong cấu trúc liên kết trong lân cận của nguyên tử  silic mẹ. Lỗ trống có điện tích hiệu dụng là +q. Một   electron   từ   liên   kết   bên   cạnh   có   thể   lấp   vào   lỗ  trống này, và tạo ra một lỗ  trống mới  ở  vị  trí khác. Quá  trình này cho phép lỗ  trống dịch chuyển qua tinh thể. Lỗ  BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  14
  15. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN trống dịch chuyển như  là một hạt có điện tích +q. Mật độ  lỗ trống được biểu diễn bằng chữ p (lỗ/cm3). Như vậy, hai hạt điện tích được tạo ra khi một liên kết  bị phá vỡ: một electron và một lỗ trống. Với silic n = ni = p (2.2.2) 2 và tích của electron và lỗ trống là  pn n i (2.2.3) Tích pn trong công thức 2.2.3 có khi chất bán dẫn  ở trạng  thái cân bằng nhiệt. (Kết quả  rất quan trọng này được  BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  15
  16. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN dùng sau này). Trong trạng thái cân bằng nhiệt, các tính chất  chỉ  phụ  thuộc vào nhiệt độ  T, không chịu tác động của các  nhân tố  kích thích khác. Phương trình 2.2.3 không áp dụng  cho các bán dẫn hoạt động nếu có các kích thích bên ngoài  như dòng, áp hay quang. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  16
  17. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN VÍ DỤ 2.1  TÍNH HẠT MANG ĐIỆN NGUYÊN CHẤT Tính giá trị  theo lý thuyết  ni  của silicon  ở  nhiệt độ  tiêu  chuẩn. ĐỀ BÀI: Tính giá trị  ni của silicon ở nhiệt độ phòng(300K). LỜI   GIẢI:  Dữ   liệu   và   thông   tin   đã   biết:  Phương   trình  2.2.1 xác định ni, B, và k. EG = 1.12 eV theo bảng 2.3. Chưa biết: mật độ hạt mang điện ni. Phương pháp: Tính ni theo phương trình 2.2.1. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  17
  18. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN Giả thiết: T = 300K ở nhiệt độ phòng. Phân tích: 1.12eV         n 2 i 31 3 6 1.08 10 ( K .cm )(300 K ) exp (8.62 10 5 eV / K )(300 K ) 2 19 6 n i 4.52 10 / cm  hay ni = 6.73 × 109/cm3 Thảo luận: Để đơn giản, trong các phép tính sau, ta dùng ni   =   1010/cm3  ở   nhiệt   độ   phòng   đối   với   silic.   Mật   độ   của  nguyên tử silic trong lưới tinh thể khoảng 5 × 1022/cm3. Từ  BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  18
  19. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN ví dụ  này chúng ta thấy  ở  nhiệt độ  phòng một liên kết bị  phá vỡ ở khoảng 1013. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  19
  20. BÀI 2. ĐIỆN TỬ TRẠNG THÁI RẮN 2.3 Dòng điện dịch và sự dịch chuyển trong chất bán  dẫn Dòng điện dịch Điện trở suất ρ và nghịch đảo của nó điện dẫn suất σ  mô tả dòng điện trong vật dẫn khi có điện trường.  Các hạt mang điện dịch chuyển theo điện trường và tạo  ra dòng điện gọi là dòng điện dịch. Mật độ dòng điện dịch j được định nghĩa là: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
11=>2