Bài 7: Các chất bán dẫn điện

Bài 7: Các chất bán dẫn điện trình bày khái niệm chất bán dẫn, tạp chất trong các chất bán dẫn, nồng độ các hạt tải điện trong chất bán dẫn, điều kiện trung hòa điện trong chất bán dẫn,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của bài giảng.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài 7: Các chất bán dẫn điện Baøi 7Nuoâi ñôn tinh theå GeI. Caùc chaát baùn daãn ñieän Ñònh nghóa§ Chaát baùn daãn laø caùc chaát coù ñoä ñoä daãn ñieän s naèm trong khoaûng töø 10-10 W-1 cm-1 ( ñieän moâi ) ñeán 104 ¸ 106 W-1 cm-1 ( kim loaïi )§ s cuûa chaát baùn daãn phuï thuoäc nhieàu vaøo caùc yeáu toá beânngoaøi nhö nhieät ñoä, aùp suaát, ñieän tröôøng, töø tröôøng, taïp chaát ...Taïp chaát laøm thay ñoåi raát nhieàu ñoä daãn ñieän cuûa caùc chaát baùn daãnPha taïp chaát Bo vaøo tinh theå Si theo tyû leä 1 : 105 laøm taêng ñoä daãnñieän cuûa Si leân 1000 laàn ôû nhieät ñoä phoøng. Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû suaát r (Wcm) cuûa Si vaø GaAs vaøo noàng ñoä taïp chaát ôû 300K Noàng ñoä Si GaAs taïp chaát N P N P ( cm-3) ni 2.105 7.107 1014 40 180 12 160 1015 4,5 12 0,9 22 1016 0,6 1,8 0,2 2,3 1017 0,1 0,3 9.10-3 0,3 1018 2,5.10-2 6,2.10-2 2,1.10-3 3,5.10-2 6.10-3 1,2.10-2 2,9.10-4 8,0.10-3 1019Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû suaát vaøo noàng ñoä taïp chaát Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû vaøo nhieät ñoä• Kim loaïi : Ñieän trôû suaát phuï thuoäc nhieät ñoä gaàn nhö tuyeán tính rT = ro [1 + aT (T - To )] vôùi rT = ñieän trôû suaát ôû nhieät ñoä T (oC) ro = ñieän trôû suaát ôû moät nhieät ñoä tham chieáu naøo ñoù To ( thöôøng laø 0 hoaëc 20oC) vaø aT = heä soá nhieät cuûa ñieän trôû suaát.• Söï bieán thieân cuûa ñieän trôû theo nhieät ñoä RT = Ro [1 + a T (T - To ) ] Ñ trôû suaát r Heä soá nhieät Ñoä daãn ñieän sVaät lieäu (ohm m) treân ñoä C x 107 /WmBaïc 1,59 x10-8 .0061 6,29Ñoàng 1,68 x10-8 .0068 5,95Nhoâm 2,65 x10-8 .00429 3,77Tungsten 5,6 x10-8 .0045 1,79Saét 9,71 x10-8 .00651 1,03Baïch kim 10,6 x10-8 .003927 0,943Manganin 48,2 x10-8 .000002 0,207Chì 22 x10-8 ... 0,45Thuûy ngaân 98 x10-8 .0009 0,10 Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû vaøo nhieät ñoäChaát baùn daãn :Ñieän trôû suaát phuï thuoäc nhieät ñoä theo haøm muõ : giaûm khinhieät ñoä taêng. ArT = r o exp( ) kT As T = s o exp(- ) kTCaùc chaát baùn daãn nguyeân toá Ñôn tinh theå Si nuoâi baèng kyõ thuaät Czochralski cuûa Haõng Wacker Silitronix Hikari Nhaät baûn. Ñöôøng kính 300 mm, chieàu daøi hôn 1,2 m.Ñôn tinh theå Si ñöôøng kính 30 cmñoä saïch 99,999999999%Caùc chaát baùn daãn hôïp chaát Chaát baùn daãn hôïp chaát ( AxB8-x ) : Chaát baùn daãn nhieàu thaønh phaàn : AlGaAs, InGaAsN , ...II. Taïp chaát trong caùc chaát baùn daãn v Taïp chaát thay theá v Taïp chaát ñieàn khích Taïp chaát trong caùc chaát baùn daãn : Taïp chaát ñoâ no vaø ac-xep-toChu kyø Nhoùm Ac-xep-to Ñoâ-no1) Taïp chaát thuoäc nhoùm V trong chaát baùn daãn nhoùm IVMoâ hình nguyeân töû Hydro cuûa Bohr -e Ion+Ñoä lôùn cuûa baùn kính BohrNguyeân töû töông töï Hydrogen : Haøm soùng cuûa traïng thaùicô baûn laø 3 1 é1ù 2 y (r ) = ê ú exp[-r / a0 ] p ë a0 ûBaùn kính Bohr : a0 = 4pereoh2/mee2 xaùc ñònh ñoä môû roängveà khoâng gian cuûa haøm soùng .Nguyeân töû Hydrogen : (er = 1 ) ao = 0,53 A.Moâ hình nguyeân töû Hydro cuûa BohrNaêng löôïng lieân keát mo e 4 1 13 ,6 EH = - =- ( eV ) 2( 4pe o h)2 n2 n2 mo - khoái löôïng cuûa electron töï do e - ñieän tích cuûa electron eo - haèng soá ñieän moâi cuûa chaân khoâng h - haèng soá Planck n - soá löôïng töû chínhTrong traïng thaùi cô baûn n = 1 , EH = - 13,6 eV Naêng löôïng ion hoùa taïp chaát ñoâ-no mn e 4 Ei = - 2( 4pe oe r h) 2Naêng löôïng ion hoùa taïp chaát ñoâ-no 4 mn e 13 ,6 mn 1 Ei = - = - 2( 4pe oe r h) 2 n 2 mo e r2 Chaát Eg (eV) m*/mo Haèng soá baùn daãn ôû 273 K Electron Ltroáng ñieän moâi 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 : mn = 0,22 mo er = 16 Ei = 0,01 eV Si : mn = 0,33 mo er = 12 Ei = 0,031 eVVôùi pheùp gaàn ñuùng ñaõ duøng, naêng löôïng ion hoùa nhö nhau chomoïi nguyeân töû taïp chaát thuoäc nhoùm V.Treân thöïc teá, naêng löôïng ñoù coù khaùc nhau vôùi caùc taïp chaát khaùcnhau, nhöng söï sai khaùc ñoù khoâng lôùn laém.Söï xuaát hieän caùc möùc naêng löôïng taïp chaát trong ...