Bài giảng Vật liệu điện – điện tử - Chương 3: Vật liệu bán dẫn

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chương 3 trình bày khái quát về bán dẫn, tiếp xúc P/N, Diode bán dẫn, quang phổ điện từ, bán dẫn trong công nghệ nano, cấp sợi quang. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết bài giảng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu điện – điện tử - Chương 3: Vật liệu bán dẫn

KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN VAÄT VAÄ LIEÄU T LIEÄ ÑIEÄNN-- ÑIEÄN U ÑIEÄ ÑIEÄNTÖÛ TÖÛ Phaân bieät caùc chaát baùn daãn, daãn ñieän vaø caùch ñieän : Taàng daãn Caáu truùc nguyeân töû cuûa germanium ; silicon. Wg VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN Vuøng caám Wg Chaát caùch ñieän Chaát baùn daãn Chaát daãn ñieän (SEMICONDUCTOR MATERIALS) Taàng hoùa trò Ñôn chaát Hôïp chaát Baùn Nguyeân toá Ng/toá nhoùm daãn nhoùm IV AIIIBV GaAs thuaàn Ge vaø Si AIIBVI CdS 1 KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Caáu truùc maïng tinh theå baùn daãn thuaàn : Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn thuaàn : E Lieân NGUYEÂN keát TÖÛ hoùa Electron töï do hoïc OÂ cô baûn trong caáu truùc maïng tinh theå Loã troáng OÂ cô sôû Ge vaø Si Ñieän daãn suaát : s  ni .e. N   P  Si coù a = 5,43 A0 OÂ cô sôû cuûa GaAs Maïng baùn daãn thuaàn coù a= 5,65A0
KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Maät ñoä ñieän tích ni phuï thuoäc raát nhieàu vaøo nhieät ñoä Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn loaïi N :  Aûnh höôûng ñeán tính chaát daãn ñieän cuûa baùn daãn : E 3 Wg  2 . . k .T  2   3  Wg 3  n  2   . m # . m # 4.e 2.k.T  AT 2 . e 2 . k .T i  h 2  N P P Electron töï do k : Haèng soá Boltzmann = 1,38.10- 23 (J/0K) ; e = 1,602.10-19C h ; Haèng soá Planck = 6,625.10- 34 (Js) ; m = 9,108.10- 31 Kg mN# : Si = 0,98m ; Ge = 1,64m ; GaAs = 0,067m Loã troáng P mP# : Si = 0.49m ; Ge = 0,28m ; GaAs = 0,45m P P Wg(0) (eV)  (eV/0K)  (0K) 2  .T Si 1,17 4,37.10 - 4 636 Wg T   Wg 0   T  Ge 0,74 4,77.10 - 4 235 Ñieän daãn suaát : s  nd .e. N GaAs 1,519 5,40.10 - 4 204 5 KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN TIEÁP XUÙC P/N Haït taûi ña soá Haït taûi ña soá Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn loaïi P : E Haït Haït taûi E taûi B Electron töï do thieåu thieåu soá soá B Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N Loã troáng B UT 1  2.e . Na .U 0  2 kT N .N X dN    B B U TX  U 0  ln a 2 d  e. Nd .Na  Nd  e ni dP d 1  2.e . Nd .U 0  2 e = eì e0 d N NN a dP      e. N a .Na  N d  7 d P Nd 1 Ñieän daãn suaát : s  na .e. P e 0  10 2  8,856.10 12 F / m 4. .c  2.e d  d N  dP   U0 a N  Nd  2   e Na . Nd 
TIEÁP XUÙC P/N TIEÁP XUÙC P/N Haït Doøng haït thieåu soá I0 EN Haït Haït taûi ña soá Haït taûi ña soá taûi taûi thieåu thieåu soá I0 soá E Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N Maät ñoä doøng  D DN  baõo hoøa ngöôïc J0  e.ni2  P   ( A/ m2 )  LP N d LN Na  9 10 TIEÁP XUÙC P/N TIEÁP XUÙC P/N Haït Doøng daãn thuaän ID EN Haït Haït taûi ña soá Haït taûi ña soá taûi taûi thieåu thieåu soá soá E ID Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N e .U UD Doøng ñieän daãn thuaän  .VT qua tieáp xuùc I  I 0 .e k .T  I 0 .e 11  : heä soá ñieàu chænh 1 < 
TIEÁP XUÙC P/N TIEÁP XUÙC P/N Moät soá coâng thöùc quan troïng cuûa tieáp xuùc P/N : Quan heä giöõa haït P  N  P . exp e.U 0  ;  e.U 0  N N  Nd  N P . exp  ña soá vaø thieåu soá P a N  k.T   k .T  1 Ñieän dung rieâng cuûa e  e .e. Na . N d  2 1 2 CJ    .U J F / m  2 vuøng troáng CJ= C/s d N  d P  2.Na  N d  Ñieän aùp treân tieáp e. N a . N d + : pc nghòch U J  U0 U  d2 xuùc khi tieáp xuùc 2.e .Na  Nd  - : pc thuaän  U D .e  I  I0 . e .k .T  1  Doøng qua tieáp xuùc  UD (+) khi pc thuaän theo höôùng töø PN   UD (-) khi pc nghòch   13 14 TIEÁP XUÙC P/N DIODE BAÙN DAÃN Ma ë t ghe ù p Hieän töôïng ñaùnh thuûng tieáp giaùp P/N : P Ñieän tröôøng tieáp x uù c Anode Cathode Caáu taïo : P N c oùhöôù ng töøN - Vuø ng ng heø o ID Ñaùnh thuûng thaùc luõ : Do haït A + K Cathode (K) Ñoaïn phaân cöïc nghòch Anode (A) thieåu soá taêng toác theo ñieän aùp Vz UAK Kyù hieäu : gaây ion hoùa caùc nguyeân töû 0v + .6 .7 - Thöïc teá : qua va chaïm  doøng thaùc luõ. Vuøng Zener A K Ñoaïn phaân cöïc thuaän Vuøng thaùc luõ (Vz) giaûm gaàn vaøi chuïc mA Izmax truïc tung khi taêng caùc kích Ñaëc tuyeán giôùi haïn coâng thích trong lôùp P vaø N suaát UAK VBR 0v Ñaëc tuyeán : Ñaùnh thuûng xuyeân haàm : Khi maät ñoä tap chaát trong baùn daãn Ñieän aùp I0 0,6v 0,7v taêng  ETX lôùn gaây ra hieäu öùng xuyeân haàm loâi keùo caùc e- ñaùnh thuûng 1 2 trong vuøng hoùa trò cuûa lôùp P vöôït qua UTX chaûy sang lôùp N Ñoaïn phaân cöïc nghòch Ñoaïn phaân cöïc thuaän - + + - Ñaùnh thuûng nhieät : Xaûy ra do tích luõy nhieät trong vuøng tieáp A K A K xuùc vöôït quaù giôùi haïn  Hö hoûng vónh vieãn tieáp xuùc Ñaëc tuyeán Voân-Ampe 1 Phaân cöïc thuaän: chöa daãn ñieån hình cuûa Diode 2 Phaân cöïc thuaän: daãn
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN DIODE BAÙN DAÃN Diode chænh löu : coù maët tieáp xuùc lôùn chòu doøng taûi Aûnh höôûng cuûa ñieän dung diode : cao thöôøng duøng naén doøng AC  DC Taàn soá cao  XC nhoû gaây ngaén maïch XC  1  2. . f .t Taàn soá thaáp  XC lôùn gaàn nhö hôû maïch Diode taùch soùng : söû duïng tieáp xuùc ñieåm ñeå ñieän dung beù  laøm vieäc ôû taàn soá cao CJ : Ñieän dung tieáp xuùc : CJ = e.A/d . Aûnh höôûng lôùn khi diode chöa daãn Diode Zener : thöôøng baèng vaät lieäu Si chòu nhieät vaø toûa C0 = CJ +CD CD = dQ/dV. Ñieän dung khueách taùn do ñieän nhieät toát hoïat ñoäng chuû yeáu vuøng zener töø (1,8  200)V tích phun vaøo vuøng baùn daãõn khi diode daãn RD Diode bieán dung : coù lôùp tieáp xuùc ñaëc bieät ñeå dieän rB dung khaù tuyeán tính vôùi ñieän aùp ngöôïc  taïo soùng ñieàu Maïch thay theá Diode tính ñeán ñieän dung: taàn deå ñieàu chænh taàn soá coäâng höôûng C0 Maïch thay theá Diode taàn soá cao : Diode phaùt quang : thöôøng duøng baùn daãn hôïp chaát coù möùc Wg thay ñoåi ñieàu chænh ñöôïc theo noàng ñoä taïp chaát, CJ hay CD söû duïng yeáu toá phaùt saùng böôùc soùng  nhìn thaáy ñöôïc 1 L.w   L.C .w 2  1 Khaéc phuïc aønh höôûng cuûa C khi phaân cöïc thuaän coù söï taùi hôïp e- vaø loã troáng C.w  Duøng L maéc // diode DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Aønh höôûng cuûa thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc: Khi maïch chuyeån töø thôøi gian daãn sang ngöng daãn do caùc haït ñieän tích coøn löu laïi Thôøi gian suy giaûm tt + ôû N vaø – ôû P caàn thôøi gian trôû veà traïng Thôøi gian thaùi ban ñaàu  giôùi haïn taàn soá laøm vieäc duy trì tS Thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc trr Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä: Nhieät ñoä aûnh höôûng thay ñoåi maät ñoä Doøng laøm ñieän tích ni , ñoàng thôøi laøm thay ñoåi ñieän vieäc aùp tieáp xuùc U0 vaø doøng ngöôïc baõo hoøa J0  Diode ñöôïc öùng duïng laøm caûm bieán Suï t aù p treâ n Diode nhieät 20
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Diode chænh löu Caùc loïai diode daùn Diode Zener Light Emitting Diode DIODE +  Led Diode coâng suaát lôùn Diode taùch soùng Varicap diode Photo diode Diode chænh löu caàu CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Gioáng nhö Diode, LED (Light Emitting Diode – Diode phaùt quang) chæ daãn ñieän theo moät chieàu töø A  K (chieàu thuaän) vaø khi xuaát hieän Nguyeân lyù phaùt saùng cuûa LED : doøng ñieän thuaän (IF) thì LED phaùt saùng. Khi doøng ñieän thuaän qua LED khoaûng 20mA thì LED ñaït ñoä saùng bình thöôøng, luùc naøy ñieän aùp thuaän UF khoaûng vaøi V tuyø theo maøu saéc aùnh saùng. Loaïi LED Böôùc soùng aùnh Ñieän aùp U F khi doøng qua LED khoaûng saùng 20mA Ñoû 650nm 1,6  1,8V Cam 635nm 2V Vaøng 585nm 2,2V Xanh laù caây 565nm 2,4V Xanh da trôøi 470nm 3V 23
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Phương thức Ưu điểm Nhược điểm Red + green + blue _Thao tácdễ dàng Đòi hỏi các thao tác phức _Màu sắc rõ ràng tạp _Gam màu rộng Thiếu màu lục và vàng UV + RGB Phosphor _Màu sắc rõ ràng Phosphors phụ thuộc vào _Photphors xác định nhiệt độ nhiệt độ ban đầu Việc sử dụng phosphors của màu sắc. có hiệu quả không cao _Về lý thuyết thì chế tạo Điện thế bị hao hụt bởi sự đơn giản. rò rỉ của tia cực tím Blue+Yellow Phosphor _Màu sắc đẹp Phosphors phụ thuộc vào _Việc chế tạo tương đối nhiệt độ đơn giản Việc sử dụng phosphor có hiệu quả không cao 25 PHOÁI HÔÏP MAØU QUANG PHOÅ ÑIEÄN TÖØ Phoái hôïp caùc maøu phaùt saùng cuûa LED TRẮNG: Semiconduct Wavelength Color Name or (Nanometers) Composition Infrared 880 GaAlAs/GaAs GaAlAs/GaAl Ultra Red 660 As Super Red 633 AlGaInP Super Orange 612 AlGaInP Orange 605 GaAsP/GaP Yellow 585 GaAsP/GaP Incandescent 4500K (CT) InGaN/SiC White Pale White 6500K (CT) InGaN/SiC Cool White 8000K (CT) InGaN/SiC Pure Green 555 GaP/GaP Super Blue 470 GaN/SiC Blue Violet 430 GaN/SiC Ultraviolet 395 InGaN/SiC 28
VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN QUANG Caùc linh kieän baùn daãn VAÄT LIEÄU Wg( Wg (eV eV)) VAÄT LIEÄU Wg(eV) AlXIn1-XP 1,351+2,23x GaXIn1-XAs 0,36+1,064x AlXGa1-XAs 1,424+1,247x GaXIn1-XSb 0,172+0,139x+0,145x2 AlXIn1-XAs 0,36+2,012x +0,698x2 GaPXAs1-X 1,424+1,15x +0,176x2 AlXGa1-XSb 0.726+1,129x+0,368x2 GaAsXSb1-X 0,726+0,502x+1,2x2 AlXIn1-XSb 0,172+1,621x+0,43x2 InPXAS1-X 0,36+0,891x +0,101x2 GaXIn1-XP 1,351+0,643x+0,786x2 InAsXSb1-X 0,18+0,41x +0,58x2 TO- 126 FM TO- 92 TO-3 MOD TO-1 26 TO- 92 MOD C B C B E C E E E C B B E    C TO-220FM 6, 625.10 34 Js . 3.108 m / s B TO-3 P TO-3PFM h.c 1, 24 TO-220C FM TO- 220AB    ( m) B C E  19  B Wg Wg (eV ). 1, 602.10 J Wg (eV ) C E B 29 B C E C E 30 Caùc linh kieän baùn daãn BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS) NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG: I CBO E C IE IC IE IC IB B IB 31 32
JFET (JUNCTION FET) JFET (JUNCTION FET) 2 CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU: Drain(D) NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG:  V  Keânh P I D  I DSS  1  GS  Drain(D) I (mA)  VP  Keânh N D ID D N P N VGS = 0V IDSS 8 P N P Gate (G) 7 Gate (G) 6 + Vuøng Source(S) VDD 5 VGS = -1V G P P 4 Vuøng ngheøo ngheøo Source(S) D D VGS Keânh 3 e Ne e VGS = -2V ID 2 G G ID e VGS 1 VGS = -3V V IS VP DS VGS S VGS -4 -3 -2 -1 0 VP S S ID = 0mA VGS = -4V 33 34 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET) D_MOSFET (DEPLETION MOSFET) 2 CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU D_MOSFET:  V  SãO2 SãO2 ID I D  I DSS 1  GS  D D  VP  D RD P ID(mA) VGS > 0V N Kehèh DÛãè P N Kehèh DÛãè N Kehèh N + VGS = 0V G ÑegN e+ IDSS 8 G ÑegP SS + SS G e+ VDD 7 ÑegP P e+ SS 6 N S VVGSGS GS=< 0V > 0V + 5 VGS = -1V S N 4 D D D D 3 S VGS = -2V G G G G 2 SS SS IS VGS SS 1 VGS = -3V V VP DS S S S S -4 -3 -2 -1 0 VP ID = 0mA VGS = -4V 35 36
E_MOSFET (ENHANCEMENT MOSFET) E_MOSFET (ENHANCEMENT MOSFET) CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU E_MOSFET: SãO2 2 SãO2 D D ID I D  k VGS  VT  D RD P N N ID(mA) ID(mA) e e G ÑegN 8 8 G ÑegP SS e + SS G e VDD 7 7 VGS = 10V ÑegP 6 P e SS 6 N VVGS GS=> 0V 0V e e 5 5 S VGS = 8V S N 4 4 D D D D 3 3 S VGS = 6V G G G G 2 2 SS IS 1 SS V 1 VGS = 4V S S S S 0 T 0 VDS 2 4 6 8V GS 37 38 UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR) HIEÄU ÖÙNG HALL CAÁU TAÏO KYÙ HIEÄU VAØ NGUYEÂN LYÙ: VEB1 B2 B2 IBB A Vp=Va+0,6 RB2 Vuøng R aâm E D + Va VBB E P N VE RB1 Va B Vv Vïø èg dÛãè bÛõo hoøÛ B1 Vïø èg ègÛot IE(mA) 0 B1 B1 IE0 Ip Iv E B1 39 40
HIEÄU ÖÙNG HALL HIEÄU ÖÙNG HALL Bz F = e.Vx.Bz = e.Ey  Ey = Vx.Bz Bz qH Jx = Na.e.Vx hay Jx = -Nd.e.Vx EY 1 Ix - - -Ey -E - qH RH   + Ex UH 1 1 - -- Ey - - J X .BZ Nd .e F + + + + + EY  J X .BZ EY   J X .BZ Ix E Na .e Nd .e + UH F Ex E 2 p P  n N 2 EY 1 EY 1 + + + + + R  J .B H Y  e  p P  n N  2 RH   RH   X Z EY 1 J X .BZ Na .e J X .BZ Nd .e RH   J X .BZ Na .e EY VX .BZ V J s tgq H    .BZ    X  X .  RH .s EX EX E X N a .e J X EY VX .BZ V J s tgq H     .BZ    X   X .  RH .s EX EX EX N d .e J X 41 42 ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL
ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁU TRUÙC OÁNG NANO CARBON (CNT) CNT Coù daïng hình trụ rỗng cuoân laïi töø maïng graphit, bao gồm CNT một lớp (SWCNT) hoặc CNT nhiều lớp (MWCNT) laø caùc nguyeântöû carbon lieân keát 46 BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁU TRUÙC OÁNG NANO CARBON (CNT) CAÁU TRUÙC OÁNG NANO CARBON (CNT) : Gọi θ là góc giữa vectơ Ch và a1: - Nếu n=0 hoặc m = 0: θ = 00, CNT có dạng zig-zag - Nếu n=m: θ =300, CNT có cấu trúc dạng armchair - Tất cả các CNT khác có góc chiral 00
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Thực tế, cÛùc ègïyehè tử cÛìboè tự kết Trong graphen, vùng liên kết π và vùng liên kết đối èốã lạã vớã èhÛï để hìèh thÛøèh èhãềï loạã ốèg.. π* được tạo thành từ sự phủ lên nhau giữa 2p của các Cấu truùc của CNT được moâ tả bằng nguyên tử cạnh nhau vector Ch, biểu diễn chu vi toøan ống Trạng thái năng lượng 2-D (W2D) của các điện tử π    C h  n a1  m a 2 trong mặt phẳng graphen như là hàm của vevtor sóng Trong đó: a1, a2 là các vector đơn vị trong kx và ky: 1 mạng sáu cạnh n, m là các số nguyên  3k x a k ya kya 2 W 2 D ( k x , k y )    0 1  4 cos( ) cos( )  4 cos 2 ( ) 0  m  n  2 2 2  Đối với CNT, cấu trúc dọc theo trục ống là vĩ mô, nhưng theo hướng chu vi ống là kích thước nguyên tử Trong đó: γ0 biểu thị tích phân phủ gần nhất a = 0,246 nm là hằng số mạng trong mặt phẳng. Sự chồng chất bằng vectơ Chiral Ch dẫn đến những điều Dấu “±” biểu diễn vùng π và π* kiện biên tuần hoàn theo hướng chu vi 49 50 BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Xét CNT armchair, trục ống là như nhau theo hướng x, chu vi Đối với ống CNT chiral, zig-zag, điều kiện biên tuần j 2 k  biểu diễn hướng y và điều kiện biên tuần hoàn thu được các hoàn nhận được các giá trị cho phép các vectơ sóng theo: x , j q x a giá trị cho phép các vector sóng theo hướng chu vi là: Cho nên ống dạng này biểu thị tính bán dẫn. j 2 Tóm lại, tính chất bán dẫn hay kim loại của CNT được điều khiển k y,j  Với qy  n  m bằng vector Ch hay bằng quan hệ của m và n. q y 3a Khi n  m  3 q Hoặc m  n : CNT là kim loại Do đó, CNT armchair biểu thị tính chất kim loại 51 Khi n  m  3q CNT là bán dẫn (q là số nguyên) 52
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Tính chất cơ: CNT là vật liệu siêu nhẹ, siêu bền, siêu cứng, nhẹ hơn ÖÙNG DUÏNG (CNT) SAÛN XUAÁT LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ: thép 6 lần và bền hơn thép 100 lần. Khối lượng riêng khoảng 1,4 g/cm3 Tính chất nhiệt: Độ bền nhiệt của CNT rất lớn, trong chân không CNT vẫn bền ở 2800oC, trong không khí vẫn bền tới 750oC o cỡ 10-4Ω/cm ở Tính chất điện: Đãệè tìở sïÛgt củÛ ốèg èÛèo cÛìboè vÛø 270C, mật độ doø èg đãệè tìoèg ốèg lớè hơè 107A/cm2, lyùthïyết dự kãegè lớè hơè 1013A/cm2. Phöông phaùp cheá taïo: Hãeäè èÛy ègö zø ã tÛ chegtÛïo CNT bÛèèg èhãeàï phö zèg phÛùp èhö : Phoùèg ñãeäè hoàqïÛèg coù vÛøkhohèg coù CoBÛè, pp dïø èg LÛzeì, pp èghãeàè bã , pp tokèg hzïp tö øègoïè lö ûÛ hÛy pp bÛy hzã lÛoèg ñoïèg. ÖÙng duïng CNT: CNT ñö zïc ö ùèg dïïèg sÛûè xïÛgt cÛùc lãèh kãeäè ñãeäè tö û èhö vã mÛïch, vã xö ûlyù.v.v. ö ùèg dïïèg tìoèg cohèg ègheäsãèh hoïc, vÛät lãeäï tokèg hzïp vÛøèhãeàï ègÛøèh khoÛ hoïc khÛùc. 53 54 BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO ÖÙNG DUÏNG (CNT) SAÛN XUAÁT LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ: ÖÙNG DUÏNG (CNT) SAÛN XUAÁT LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ: CNTFET thẳng đứng : Cấu trúc này có cực cổng bao xung quanh được giới thiệu bởi Choi và cộng sự vào năm 2004. Kích thước của transistor có thể nhỏ bằng đường kính của CNT CNTFET cổng sau được giới thiệu vào năm 1998, CNT chỉ Các bước chế tạo: Sự hình thành lỗ nanô bằng cách xử lý anốt, tiếp đơn giản đặt trên các điện cực nên các đường đặc trưng của theo là tổng hợp CNT, hình thành điện cực kim loại, sự lấy mẫu và nó tương đối xấu, điện trở tiếp xúc lớn. lắng đọng lớp ôxít và cuối cùng là hình thành điện cực cổng Vãệc chọè kãểï dÛùèg hìèh học củÛ lãèh kãệè tốt hơè gãïùp cho sö ïhoạt độèg tốt hơè. CNTÀET cổèg tìö zùc tăèg đãệè Mỗi giao điểm của cực nguồn và máng với một CNT đơn thẳng tìườèg vÛølÛøm gãảm đãệè tìở tãếp xïùc. đứng tương ứng với mỗi transistor. 55 56
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET: CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET: Schottky Barrier CNT-FET Doped reservoir CNT-FET Nguyên lý hoạt động cơ bản của CNTFET giống như của Minh họa sơ đồ khối SB-CNTFET và MOS-CNTFET. MOSFET, các điện tử được cung cấp bởi cực nguồn và Transistor này có bề dày lớp ôxít cổng ZrO2 là 2 nm, cực máng sẽ thu điện tử. Cực cổng sẽ điều khiển mật độ hằng số điện môi là 25. Kênh dẫn là một CNT loại zig-zag dòng điện chảy trong kênh dẫn. Có thể chia ra làm 2 dạng (13,0) có d=1nm và năng lượng vùng cấm Eg=0.8eV 57 SB-CNTFET và MOS-CNTFET 58 BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET: NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET: SB-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm Dòng điện ID của CNTFET được xác định bởi: trực tiếp qua rào Schottky, độ rộng của rào được điều chỉnh bởi điện thế tại cực cổng. SB-CNTFET tiêu biểu .  E  f  E  EFS   f  E  EFD   ID   dET là loại p, khi thế cực cổng âm, độ rộng của rào sẽ giảm Với: T(E) là hệ số truyền dẫn từ nguồn tới máng (0
TÍNH CHAÁT CÔ HOÏC CUÛA OÁNG NANO CARBON TÍNH CHAÁT NHIEÄT VAØ ÑIEÄN CUÛA CNT Khối lượng riêng Điện trở suất CNTs Độ bền CNTs theo mật độ dòng Độ bền gấp 20 lần thép siêu bền So sánh dẫn nhiệt Độ bền nhiệt trong Hệ số Young 61 của CNTs chân không lên tới 2800oC 62 HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ CHEÁ TAÏO CNTS CAÙP SÔÏI QUANG Sợi quang dẫn là một hệ thống dẫn sáng hình trụ, trong đó ánh sáng được truyền dẫn nhờ có sự phản xạ toàn phần LÔÙP PHAÛN QUANG (CLADDING) Û VOÛBOÏ C LOÕI TRÏYEÀ N SOÙNG (CORE) Sơ đồ hệ thiết bị tạo CNTs bằng phương pháp CVD 63 64
CAÙP SÔÏI QUANG CAÙP SÔÏI QUANG CÁP CHÔN TRỰC TIẾP PHI KIM LOẠI CÁP ĐI CỐNG KIM LOẠI OJPFJFLAP- CÁP CHÔN TRỰC TIẾP KIM LOẠI CÁP TREO KIM LOẠI OJPFJFLAPSS- OJPFJFEKE-LT9/125-*C (VINA- GSC) LT 9/125 *C (VINA- GSC) OJFPIFLAPSP-LT9/125-*C (VINA-GSC) LT 9/125 *C (VINA-GSC) 65 66 CAÙP SÔÏI QUANG CAÙP SÔÏI QUANG CÁP THẢ SÔNG (VINA-GSC) è2 TIA KHÏÙC XAÏ ãt ãpx qM è0 è1 Û TIA PHAÛN XAÏTOAØN PHAÀ N  n2  Goùc khïùc xÛïtzùã hÛïè : iKX max  arcsin   NA = Sãè (qMAX)  n1  2 2 Goùc phÛûè xÛïtzùã hÛïè : iPX max  arcsin  n1   n2 ÑK: è1 > N2 1 2 2 Goùc èhÛäè tzùã hÛïè : qmax  arcsin  n1   n2  0 n 67 68