Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 2.2 - Hồ Trung Mỹ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:126

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý bán dẫn - Chương 2.2: Dải năng lượng và nồng độ hạt dẫn ở cân bằng nhiệt (tiếp theo), cung cấp cho người học những kiến thức như tính chất của bán dẫn; Phân tích cấu trúc tinh thể cơ bản; Sự hình thành dải năng lượng; Nồng độ hạt dẫn nội tại; Các chất donor và acceptor. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 2.2 - Hồ Trung Mỹ

ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Vật lý bán dẫn (EE1007) Chương 2 Dải năng lượng và nồng độ hạt dẫn ở cân bằng nhiệt
Nội dung 1. Tính chất của bán dẫn A. Tính dẫn điện B. Liên kết hóa học C. Cấu trúc tinh thể 2. Phân tích cấu trúc tinh thể cơ bản 3. Sự hình thành dải năng lượng 4. Nồng độ hạt dẫn nội tại 5. Các chất donor và acceptor. 6. Nồng độ hạt dẫn trong bán dẫn loại N và P 2
1. Tính chất của bán dẫn q Tính chất của vật liệu bán dẫn: Ø Điện trở suất/điện dẫn suất: s của cách điện < s của bán dẫn < s của dẫn điện. Ø Cấu trúc: [đơn] tinh thể, đa tinh thể, và vô định hình Đa số dụng cụ bán dẫn dung cấu trúc đơn tinh thể. Ø Liên kết hóa học: liên kết kim loại, ion, đồng hóa trị. § Bán dẫn nguyên tố: liên kết đồng hóa trị. § Hợp chất bán dẫn: liên kết đồng hóa trị và liên kết ion. Ø Khe năng lượng Eg (phần sau). 3
A. Tính dẫn điện Điện trở suất r Điện dẫn suất s Cách điện Bán dẫn Dẫn điện Chú ý: s là hàm của tạp chất, nhiệt độ, điện trường, và kích thích do ánh sáng. 4
A. Tính dẫn điện q Kim loại: độ dẫn điện lớn. q Cách điện: độ dẫn điện thấp. q Bán dẫn: độ dẫn điện trung bình – có thể thay đổi trong một dải rộng nhờ vào tạp chất, nhiệt độ, điện trường, và kích thích do ánh sáng => s là hàm của các yếu tố trên. 5
B. Liên kết hóa học 6
B. Liên kết hóa học 7
LIÊN KẾT ION (IONIC BONDING) q Bản chất: lực hút tĩnh điện giữa các ion tích điện dương và âm. q Quá trình hình thành: • Một nguyên tử cho đi e à ion dương (+). • Một nguyên tử nhận e à ion âm (-). • Lực tĩnh điện giữa ion dương và ion âm. q Các hợp chất ion là chất rắn đơn tinh thể ở nhiệt độ phòng. q Các tinh thể ion có điểm nóng chảy cao, rắn dòn và có thể hòa tan được trong các chất lỏng thông thường. q Vd: NaCl và CsCl. 8
1.2 Liên kết hóa học 9
LIÊN KẾT ĐỒNG HÓA TRỊ (COVALENT BONDING) q Bản chất: sự dùng chung điện tử giữa các nguyên tử kế nhau (1 cặp điện tử dùng chung à 1 liên kết đồng hóa trị). q Các bán dẫn nguyên tố Si, Ge và kim cương chỉ có liên kết đồng hóa trị. q Chất rắn có liên kết đồng hóa trị có điểm nóng chảy cao, rắn và không tan trong chất lỏng thông thường. q Các bán dẫn hỗn hợp sử dụng cả các liên kết đồng hóa trị và liên kết ion. 10
HẠT DẪN: ĐIỆN TỬ [TỰ DO] VÀ LỖ [TRỐNG] - Ở nhiệt độ thấp các điện tử được ràng buộc theo mạng tinh thể tứ diện tương ứng. - Khi nhiệt độ cao hơn thì các dao động nhiệt sẽ làm gãy các liên kết đồng hóa trị. 11
VÍ DỤ LIÊN KẾT ĐỒNG HÓA TRỊ Ở CHẤT CÓ 4 ĐIỆN TỬ HÓA TRỊ 12
Element Semiconductors (BÁN DẪN NGUYÊN TỐ) Bảng phân loại tuần hoàn của vật liệu bán dẫn 13
COMPOUND SEMICONDUCTORS (HỢP CHẤT BÁN DẪN) o Những năm gần đây người ta sử dụng nhiều các hợp chất bán dẫn trong nhiều loại dụng cụ bán dẫn. o Có các hợp chất bán dẫn từ 2 nguyên tố (nhị hợp), 3 nguyên tố (tam hợp) và 4 nguyên tố (tứ hợp). o Nhiều chất bán dẫn có các tính chất điện và quang khác với Silicon. Đặc biệt là GaAs được dùng làm vật liệu chính để chế tạo các dụng cụ trong các ứng dụng quang điện tử và chuyển mạch tốc độ cao 14
CÁC ỨNG DỤNG BÁN DẪN PHỔ BIẾN • Nhóm IV Ø Si dùng cho MOS, đặc biệt là logic số và bộ nhớ CMOS Ø BJT Si cho một số ứng dụng logic và tương tự Ø SiC cho các ứng dụng công suất cao và nhiệt độ cao Ø Ge cho diode, BJT • Nhóm III/V Ø GaAs, GaAsP, InP dùng cho các ứng dụng số tốc độ cao và quang điện tử Ø InAs / GaInSb / AlInSb dùng cho các dụng cụ phát hiện bước sóng dài Ø GaN, AlGaN dùng cho LED xanh/trắng và các dụng cụ công suất cao • Nhóm II/VI Ø CdTe, HgCdTe dùng cho các dụng cụ phát hiện bước sóng dài 15
Bán dẫn nguyên tố và hợp chất bán dẫn Table 2 Element and Compound Semiconductors Element IV-IV III-V II-VI IV-VI Compounds Compounds Compounds Compounds Si SiC AlAs CdS PbS Ge AlSb CdSe PbTe BN CdTe GaAs ZnS GaP ZnSe GaSb ZnTe InAs InP InSb Chú ý: Xem chi tiết hơn bảng 2 trong sách của Sze trang 18. 16
1.3 Cấu trúc tinh thể 3 Types of Solids SOLIDS: [Single] Crystalline Amorphous Polycrystalline Arrangements: Periodic Random Grain Boundaries Materials used to fabricate integrated circuits include some from all three classifications. q Amorphous: insulators (SiO2) q Polycrystalline: MOS gates; contacts q Crystalline: substrates 17
1.3 Cấu trúc tinh thể o Cấu trúc đơn tinh thể (Crystalline Materials) Các nguyên tử có sự sắp xếp theo một trật tự nhất định trong không gian. o Cấu trúc vô định hình (Amorphous Materials) Các nguyên tử KHÔNG có sự sắp xếp theo một trật tự nhất định nào trong không gian. o Cấu trúc đa tinh thể (Polycrystalline Materials) Gồm nhiều miền cấu trúc tinh thể. Mỗi miền có sự định hướng khác với các miền còn lại. Kích thước mỗi miền có thể vài nm3 đến nhiều cm3. 18
2. Phân tích cấu trúc tinh thể cơ bản 19
KHÁI NIỆM CẤU TRÚC TINH THỂ o Các tinh thể được hình thành bởi mảng tuần hoàn các nguyên tử: được mô tả bằng cơ sở (basis) và mạng (lattice). q Cơ sở (basis) : Một nguyên tử hoặc một nhóm các nguyên tử liên kết theo một cách nhất định. • cho biết những gì cần lặp lại theo mạng để có được tinh thể. o Mạng (lattice): Sắp xếp tuần hoàn tịnh tiến các điểm trong không gian. • cho biết làm thế nào để lặp lại (tính tuần hoàn của tinh thể). cơ sở + mạng = cấu trúc tinh thể 20