VẬT LÍ CHẤT RẮN

Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

Lớp Y18 – Sư phạm Vật lí

Chương 5

Sơ lược về tính chất của bán dẫn. Bán dẫn tinh khiết. Bán dẫn pha tạp.

Bán dẫn 1. 2. 3. 4. Hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar). 5.

Lớp chuyển tiếp p – n

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

2

5. Lớp chuyển tiếp p-n

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

3

5. Lớp chuyển tiếp p-n

• Khuếch tán • Điện tích không gian

Tái hợp Hàng rào điện thế

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

4

5. Lớp chuyển tiếp p-n

nn=pd+pi≈ Nd pn=pi<

pp=na+pi≈ Na np=ni<

𝑬 = 0

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

5

5. Lớp chuyển tiếp p-n

𝑁.𝑑* = 𝑁2𝑑1

𝜌* = −𝑒𝑁. = 𝜌/ x 𝜌1 = 𝑒𝑁2 = 𝜌3(x)

∆𝑉 = ∆𝜑 = ∆’ (

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

6

5. Lớp chuyển tiếp p-n

Điện thế tiếp xúc Sử dụng phương trình Poisson

∆𝜑 = −

𝜌 𝜀8𝜀

−𝐸 = −grad𝜑 hay 𝐸I = − 𝜕𝜑 𝜕𝑥

= ; khi −𝑑*< x < 0

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

= ; khi 0 < x < +𝑑* 𝜕 :𝜑* 𝜕𝑥 : = − 𝜕 :𝜑1 𝜕𝑥 : = − 𝜌/ 𝑥 𝜀8𝜀 𝜌3 𝑥 𝜀8𝜀 𝑒𝑁. 𝜀8𝜀 𝑒𝑁2 𝜀8𝜀

7

5. Lớp chuyển tiếp p-n

𝑥 + 𝐶K;

𝑒𝑁. 𝜀8𝜀

𝑥 + 𝐶:;

𝑒𝑁2 𝜀8𝜀

𝜑* = 𝜑1 khi 𝑥 = 0

Điện thế tiếp xúc Sử dụng phương trình Poisson 𝜕 𝜑* 𝜕𝑥 = 𝜕 𝜑1 𝜕𝑥 = − 𝑒𝑁. 2𝜀8𝜀

𝑥 : + 𝐶K𝑥 + 𝐶M 𝜑* =

𝜑1 = − 𝑥 : + 𝐶:𝑥 + 𝐶N

𝑒𝑁. 2𝜀8𝜀

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

𝜕 𝜑* 𝜕𝑥 = 0 khi 𝑥 = −𝑑* 𝜕 𝜑1 𝜕𝑥 = 0 khi 𝑥 = 𝑑1

8

5. Lớp chuyển tiếp p-n

𝐸I = −

−𝑑* + x ; khi −𝑑*< x < 0

𝑒𝑁. 𝜀8𝜀 𝑒𝑁2 𝜀8𝜀

d =

.

2𝜖𝜀PΔ𝜑P 𝑒

𝑁2 + 𝑁. 𝑁2𝑁.

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

𝐸I = − 𝑑1 − x ; khi 0 < x < 𝑑1

9

5. Lớp chuyển tiếp p-n

Sự phân cực của lớp chuyển tiếp p-n

Phân cực thuận V>0 Phân cực ngược, -Vđ

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

(Vđ: điện áp đánh thủng)

10

5. Lớp chuyển tiếp p-n

Sự phân cực của lớp chuyển tiếp p-n

/

UVW XYZ

𝑝T = 𝑝*𝑒

𝑗\*/1 = 𝑗\1/*

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

11

5. Lớp chuyển tiếp p-n

/

U^ XYZ

𝑝′T = 𝑝*𝑒

𝑗\*/1 ∝ 𝑝′T

𝑗\1/* ∝ 𝑝T

U^ XYZ − 1)

lỗ trống: p sang n

𝑗\ = 𝑗\*/1−𝑗\1/*= 𝑗\](𝑒

electron: n sang p

U^ XYZ − 1)

𝑗( = 𝑗(1/*−𝑗(*/1= 𝑗(] (𝑒

U^ XYZ − 1)

𝑗 = 𝑗\+𝑗( = 𝑗](𝑒

Phân cực thuận: U(VW/^) XYZ = 𝑝1𝑒

Dòng thuận

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

12

5. Lớp chuyển tiếp p-n

/

/U^ XYZ

𝑝′T = 𝑝*𝑒

𝑗\*/1 ∝ 𝑝′T

𝑗\1/* ∝ 𝑝T

/U^ XYZ)

lỗ trống: n sang p

𝑗\ = 𝑗\*/1−𝑗\1/*= 𝑗\](1 − 𝑒

/U^ XYZ)

electron: p sang n

𝑗( = 𝑗(1/*−𝑗(* /1= 𝑗(](1 − 𝑒

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

Phân cực ngược: U(VW3^) XYZ = 𝑝1 𝑒

13

5. Lớp chuyển tiếp p-n

J

J

=

s

eU kT

⎞ −⎟ ⎠

⎡ ⎛ exp ⎜ ⎢ ⎝ ⎣

⎤ 1 ⎥ ⎦

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

• V>0 • 1>>V>0 • V<0 • V<<0

14

5. Lớp chuyển tiếp p-n

Đặc trưng V-A của lớp chuyển tiếp p-n phân cực thuận

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

15

5. Lớp chuyển tiếp p-n

Đặc trưng V-A của lớp chuyển tiếp p-n phân cực ngược

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

16