Các chất bán dẫn điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1014.94 KB, 72 trang )
Baøi 7
Nuoâi
Nuoâi
ñ
ñ
ôn tinh the
ôn tinh the
å
å
Ge
Ge
Đònh nghóa
Chất bán dẫn làcác chất cóđộđộdẫn điện σ nằm trong khoảng
từ 10
-10
Ω
-1
cm
-1
( điện môi)
đến 10
4
÷ 10
6
Ω
-1
cm
-1
( kim loại)
σ của chất bán dẫn phụthuộc nhiều vào các yếu tốbên
ngoài nhưnhiệt độ,áp suất,điện trường,từtrường,tạp chất
I. Ca
I. Ca
ù
ù
c cha
c cha
á
á
t ba
t ba
ù
ù
n dẫn
n dẫn
đ
đ
ie
ie
ä
ä
n
n
Tạp chất làm thay đổi rất nhiều độdẫn điện của các chất bán dẫn
Pha tạp chấtBovào tinh thểSi theo tỷlệ1 : 10
5
làm tăng độdẫn
điện của Si lên1000lần ởnhiệt độphòng.
12 160
0,9 22
0,2 2,3
9.10
-3
0,3
2,1.10
-3
3,5.10
-2
2,9.10
-4
8,0.10
-3
40 180
4,5 12
0,6 1,8
0,1 0,3
2,5.10
-2
6,2.10
-2
6.10
-3
1,2.10
-2
10
14
10
15
10
16
10
17
10
18
10
19
7.10
7
2.10
5
n
i
GaAs
N P
Si
N P
Nồng độ
tạp chất
( cm
-3
)
Sựphụthuộc của điện trởsuất ρ (Ωcm)của Si vàGaAs
vào nồng độtạp chất ở300K
Sựphụthuộc của điện trởsuất vào nồng độtạp chất
Sựphụthuộccủiệntrởvàonhiệtđộ
• Kim loại :Điện trởsuất phụthuộcnhiệtđộgầnnhưtuyếntính
với ρ
T
= điện trởsuất ởnhiệt độT (
o
C)
ρ
o
= điện trởsuất ởmột nhiệt độtham chiếu nào đó
T
o
( thườnglà0 hoặc20
o
C) và
α
T
= hệsốnhiệtcủiệntrởsuất.
• Sựbiến thiên của điện trởtheo nhiệt độ
[
]
)
T
T
(
1
oo TT
−
+
=
α
ρ
ρ
[
]
)
T
T
(
1
R
R
oo TT
−
+
=
α
Đtrởsuất ρ
(ohm m)
Hệsốnhiệt
trênđộC
Độdẫnđiện σ
x 10
7
/Ωm
Bạc
1,59 x10
-8
.0061 6,29
Đồng
1,68 x10
-
8 .0068 5,95
Nhôm
2,65 x10
-8
.00429 3,77
Tungsten 5,6 x10
-8
.0045 1,79
Sắt
9,71 x10
-8
.00651 1,03
Bạchkim
10,6 x10
-8
.003927 0,943
Manganin 48,2 x10
-8
.000002 0,207
Chì
22 x10
-8
0,45
Thủyngân 98 x10
-8
.0009 0,10
Chất bán dẫn :
Điện trởsuất phụthuộc nhiệt độtheo hàm mũ : giảm khi
nhiệt độtăng.
)
kT
A
exp(
oT
ρρ
=
Sựphụthuộccủiệntrởvàonhiệtđộ
)
kT
A
exp(
oT
−=
σσ
Đơn tinh thểSi nuôi bằng
kỹ thuật Czochralski của
Hãng Wacker Silitronix
Hikari Nhật bản.
Đường kính 300 mm, chiều
dài hơn 1,2 m.
Đơn tinh thểSi đường kính 30 cm
độsạch 99,999999999%
Cácchấtbándẫnhợpchất
Chất bán dẫn hợp chất( A
x
B
8-x
) :
Chất bán dẫn nhiều thành phần : AlGaAs, InGaAsN ,
II. Ta
II. Ta
ù
ù
p cha
p cha
ỏ
ỏ
t trong ca
t trong ca
ự
ự
c cha
c cha
ỏ
ỏ
t ba
t ba
ự
ự
n daón
n daón
Taùp chaỏt thay theỏ
Taùp chaỏt ủien khớch
Đô-no
Chu kỳ Nhóm
Ac-xep-to
Tạp chất đô no vàac-xep-to
Tạp chất trong các chất bán dẫn :
1) Tạp chất thuộc nhómV trong chất bán dẫn nhómIV
]/exp[
11
)(
0
0
2
3
ar
a
r −
=
ψ
Nguyên tửtương tựHydrogen: Hàmsóngcủatrạngthái
cơbản là
Bán kínhBohr : a
0
= 4
r
o
η
2
/m
e
e
2
xácđònhđộmởrộng
vềkhônggiancủahàmsóng.
Nguyên tửHydrogen : (
r
= 1 ) a
o
= 0,53 A.
Ion+
-e
Độlớn của bán kính Bohr
Mô h
Mô h
ì
ì
nh nguyên t
nh nguyên t
ử
ử
Hydro
Hydro
cu
cu
û
û
a
a
Bohr
Bohr
Mô h
Mô h
ì
ì
nh nguyên t
nh nguyên t
ử
ử
Hydro
Hydro
cu
cu
û
û
a
a
Bohr
Bohr
m
o
-khối lượng của electron tựdo
e -điện tích của electron
ε
o
-hằng sốđiện môi của chân không
h -hằng sốPlanck
n -sốlượng tửchính
Trong trạng thái cơ bản n = 1 , E
H
= -13,6 eV
Năng lượng liên kết
)eV(
n
,
n)(
em
E
o
o
H
222
4
6131
42
η
Năng lượng ion hóa tạp chất đô-no
2
ro
4
n
i
)4(2
em
E
η
ε
−=
2
r
o
n
22
ro
4
n
i
1
m
m
n
6,13
)4(2
em
E
εε
−=−=
η
Năng lượng ion hóa tạp chất đô-no
Chất
bán dẫn
E
g
(eV)
ở 273 K
m*/m
o
Hằng số
điện môi
Electron
Ltrống
Ge 0,67 0,2 0,3 16
Si 1,14 0,33 0,5 12
InSb 0,16 0,013 0,6 18
InAs 0,33 0,02 0,4 14,5
InP 1,29 0,07 0,4 14
GaSb 0,67 0,047 0,5 15
GaAs 1,39 0,072 0,5 13
Ge : m
n
= 0,22 m
o
ε
r
= 16
E
i
= 0,01 eV
Si : m
n
= 0,33 m
o
ε
r
= 12
E
i
= 0,031 eV
Với phép gần đúng đã dùng, năng lượngionhóa nhưnhau cho
mọi nguyên tửtạp chất thuộc nhómV.
Trên thực tế,năng lượng đócókhác nhau với các tạp chất khác
nhau,nhưng sựsai khác đókhông lớn lắm.
Khi đưa các nguyên tửtạp chất thuộc nhómVvào GehaySi,
trong vùng cấm xuất hiện các mức năng lượng nằm không xa
đáy của vùng dẫn.
Tạp chất cóthểcung cấp điện tửdẫn điện : tạp chất đô-no và
mức tạp chất được gọi là mức đô-no.
Sựxuất hiện các mức năng lượng tạp chất trong vùng cấm
E
c
E
v
E
g
Mức đô-no
E
c
E
v
Mức năng lượng tạp chất đô-no
Chất bán dẫn loạiN: chất bán dẫn cóchứa tạp chất đôno.
n >> p
Hạt tải điện cơ bản: electron
Hạt tải điện không cơ bản:lỗ trống
Sựphụthuộc của nồng độelectron dẫn vào nhiệt độ
Silicon chứa 1,15 x 10
16
nguyên tửAs / cm
3
Germanium chứa 7,5 x 10
15
nguyên tửAs / cm
3
miền dẫn điện tạp chất
miền dẫn điện riêng
kT
E
exp~n
d
2
−
kT
E
exp~n
g
2
−
Sựphụthuộc của nồng độelectron dẫn vào nhiệt độ
T= 0 K
T
Ln n
N
D3
N
D2
N
D1
0 1/2kT
daón ủieọn taùp chaỏt
daón ủieọn rieõng
