Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 - Ths. Hoàng Quang Huy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật điện tử: Chương 2 - Vật liệu bán dẫn" được biên soạn với các nội dung chính sau đây: Tính chất của vật liệu bán dẫn; Các loại chất bán dẫn; Cơ chế dẫn điện;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 2 - Ths. Hoàng Quang Huy

Lession 2 : Semiconductor Vật liệu bán dẫn http://hqhuy.wordpress.com 1/38
1.1 Những tính chất cơ bản 1.2 Nồng ñộ hạt dẫn http://hqhuy.wordpress.com 2/38
1.1 Những tính chất cơ bản Si - Silic (Silicon), Ge - Gcmani (Germanium) : bán dẫn ñơn chất GaAs - Gali Asenic (Gallium Arsenide) : bán dẫn hợp chất http://hqhuy.wordpress.com 3/38
http://hqhuy.wordpress.com 4/38
Cấu trúc vùng năng lượng của vật rắn . Hình 1: Cấu tạo của nguyên tử http://hqhuy.wordpress.com 5/38
• ðiện tử ở những quỹ ñạo lượng tử xác ñịnh, nó quay quanh hạt nhân nhờ sự cân bằng giữa 2 lực: - Lực ñiện giữa ñiện tích (-) của ñiện tử và ñiện tích (+) của hạt nhân . - Lực hấp dẫn (lực hướng tâm) giữa 2 thực thể có khối lượng là ñiện tử và hạt nhân. http://hqhuy.wordpress.com 6/38
http://hqhuy.wordpress.com 7/38
• Ký hiÖu: Wc lµ møc n¨ng l−îng ®¸y vïng dÉn Wv lµ møc n¨ng l−îng ®Ønh vïng hãa trÞ ∆Wg lµ ®é lín cña vïng cÊm • CÊu tróc n¨ng l−îng cña vËt r¾n gåm ba vïng: + Vïng hãa trÞ víi 0< W < Wv ®−îc cÊu t¹o bëi nh÷ng møc n¨ng l−îng s¸t ngoµi cïng, ®ã lµ nh÷ng møc ®5 bÞ chiÕm ®Çy t−îng tr−ng cho c¸c ®iÖn tö n»m trong liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ bÒn v÷ng, kh«ng cã kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn. + Vïng dÉn víi W > Wc gåm nh÷ng møc n¨ng l−îng cña líp ngoµi cïng trong ®ã cßn nhiÒu møc trèng, t¹i ®©y ®iÖn tö cã thÓ tù do dÞch chuyÓn trong toµn bé m¹ng tinh thÓ vµ s½n sµng tham gia dÉn ®iÖn khi cã ®iÖn tr−êng. + Vïng cÊm víi Wv < ∆Wg < Ec kh«ng cã møc n¨ng l−îng nµo ®Ó ®iÖn tö cã thÓ tån t¹i ®−îc. http://hqhuy.wordpress.com 8/38
http://hqhuy.wordpress.com 9/38
C¸c lo¹i chÊt b¸n dÉn • B¸n dÉn ®¬n chÊt vµ b¸n dÉn hîp chÊt • VÝ dô c¸c nhãm d¹ng AIVBIV nh− c¸cbit silic SiCX víi tØ lÖ lµ 70,045%Si + 29,955%C, ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c ®iÖn trë cã trÞ sè biÕn ®æi theo ®iÖn ¸p (Varistor-VDR). • HoÆc nhãm hîp chÊt AIIIBV sù kÕt hîp mét nguyªn tö nhãm III víi mét nguyªn tö nhãm V nh− AlP, GaP; GaAs; InAs; GaSb; InSb, nh÷ng b¸n dÉn nµy ®−îc dïng ®Ó chÕ tao ra c¸c linh kiÖn ®Æc biÖt nh− LED, LASER, Photodiot, phototransistor v.v... • Nhãm hîp chÊt AIIBV kÕt hîp nhãm II víi nhãm V nh− Sulfua ch× PbS; Sulfua Bismit Bi2S3; Sulfua Cadmi CdS cã thÓ ®−îc dïng s¶n xuÊt c¸c dông cô c¶m biÕn quang ®iÖn, vÝ dô quang trë Rφ http://hqhuy.wordpress.com 10/38
C¸c d¹ng dÉn cña b¸n dÉn • Dùa vµo b¶n chÊt cña c¸c h¹t t¶i ®iÖn (hay cßn gäi lµ h¹t dÉn) mµ ng−êi ta cã thÓ chia ra thµnh 3 d¹ng dÉn cña b¸n dÉn: - NÕu h¹t t¶i ®iÖn gåm 2 lo¹i h¹t víi sè l−îng b»ng nhau lµ ®iÖn tö vµ lç trèng, ®ång thêi ®é dÉn phô thuéc m¹nh vµo nhiÖt ®é th× ®ã lµ b¸n dÉn thuÇn (B¸n dÉn lo¹i I – viÕt t¾t cña tõ Intrinsic). - NÕu h¹t t¶i ®iÖn chñ yÕu lµ ®iÖn tö th× lµ b¸n dÉn d¹ng N. - NÕu h¹t t¶i ®iÖn chñ yÕu lµ lç trèng th× lµ b¸n dÉn d¹ng P. http://hqhuy.wordpress.com 11/38
ChÊt b¸n dÉn thuÇn (b¸n dÉn lo¹i I) • §é s¹ch cã thÓ ®¹t tíi 1 phÇn 10 tû trong 1cm3 b¸n dÉn (1/10.000.000.000) • Si: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 • Ge: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 http://hqhuy.wordpress.com 12/38
M¹ng tinh thÓ http://hqhuy.wordpress.com 13/38
Vïng n¨ng l−îng cña b¸n dÉn thuÇn http://hqhuy.wordpress.com 14/38
• Víi vËt liÖu b¸n dÉn lo¹i Si, GaAs vµ Ge, ®é lín vïng cÊm nh− sau: ∆Wg = 1,1eV (Si) ; ∆Wg = 1,41eV (GaAs); ∆Wg = 0,67eV (Ge) • §¬n vÞ n¨ng l−îng tÝnh b»ng eV (electron Volt) W = e x U (eV) ( 2-1) • V× ®iÖn tÝch cña ®iÖn tö e = 1,6 x 10-19 C nªn 1eV = 1,6 x 10-19J ( 2-2) • Víi nhiÖt ®é 250C, trong 1cm3 cña Si thuÇn cã kho¶ng 1,5 x 1010 ®iÖn tö tù do, cßn cña Ge t−¬ng øng lµ 2,3 x 1013 http://hqhuy.wordpress.com 15/38
§iÖn tö vµ lç trèng trong b¸n dÉn thuÇn http://hqhuy.wordpress.com 16/38
Nång ®é • Dùa vµo hµm thèng kª Fermi - Dirac ng−êi ta ®5 tÝnh ®−îc nång ®é ®iÖn tö trong vïng dÉn vµ lç trèng trong vïng ho¸ trÞ: Trong ®ã: - NC, NV lµ mËt ®é tr¹ng th¸i hiÖu dông trong vïng dÉn vµ vïng ho¸ trÞ. - Wf lµ møc Fermi - K lµ h»ng sè Boltzman =1.3806504(24) × 10−23J/oK=18.617 343(15) ×10−5eV /oK - T lµ nhiÖt ®é tÝnh b»ng 0K. http://hqhuy.wordpress.com 17/38
B¸n dÉn lo¹i N • §−a mét l−îng rÊt nhá mét chÊt kh¸c cã ho¸ trÞ 5 (tøc lµ cã 5 ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng) vµo m¹ng tinh thÓ cña chÊt b¸n dÉn thuÇn nh− chÊt Sb-(Antimoan), hoÆc As-(Asen), hoÆc Ph-(Photpho) • ®iÖn tö tù do • T¹p chÊt lo¹i nµy ®−îc gäi lµ t¹p chÊt cho (Donor) • ë nhiÖt ®é trong phßng (250C), sè l−îng ®iÖn tö tù do cña lo¹i b¸n dÉn cã t¹p chÊt Donor lín h¬n 105 lÇn b¸n dÉn thuÇn. • Lo¹i b¸n dÉn cã pha t¹p chÊt Donor gäi lµ b¸n dÉn lo¹i N http://hqhuy.wordpress.com 18/38
B¸n dÉn lo¹i N http://hqhuy.wordpress.com 19/38
B¸n dÉn lo¹i P • §−a t¹p chÊt cã ho¸ trÞ 3 (tøc lµ cã 3 ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng) vµo m¹ng tinh thÓ cña b¸n dÉn, vÝ dô chÊt B-Bo (Boron), hoÆc In-Indi (Indium), hoÆc Al-Nh«m (Aluminium), hoÆc Ga- Gali (Gallium) • Mèi liªn kÕt c¹nh mÊt mét ®iÖn tö vµ mang ®iÖn tÝch d−¬ng, tøc lµ h×nh thµnh mét lç trèng • T¹p chÊt ®Ó t¹o nªn hiÖu øng nµy cã tªn lµ t¹p chÊt nhËn (Acceptor). • Lo¹i b¸n dÉn cã pha t¹p chÊt Acceptor gäi lµ b¸n dÉn lo¹i P http://hqhuy.wordpress.com 20/38