Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn cung cấp cho học viên những kiến thức sơ lược về tính chất của bán dẫn, bán dẫn tinh khiết, bán dẫn pha tạp, hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar),... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn VẬTLÍCHẤTRẮN PhạmĐỗChung BộmônVậtlíchấtrắn– Điệntử KhoaVậtlí,ĐHSưPhạmHàNội 136XuânThủy,CầuGiấy,HàNộiPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 LớpY18– SưphạmVậtlí Chương5 Bán dẫn 1. Sơ lược về tính chất của bán dẫn. 2. Bán dẫn tinh khiết. 3. Bán dẫn pha tạp. 4. Hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar). 5. Lớp chuyển tiếp p – nPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 2 1.Sơlượcvềtínhchấtcủabándẫn • Kim loại ρ ρ=ρo (1+αT) Bándẫn • Bán dẫn ρBD =ρo exp(B/T) • Điện môi ρĐM=ρo exp(B/T) Kimloại 0 (ρo&B:lớnhơnsovớicủabándẫn) T Cu Si n 9.1028 /m3 1.1016 /m3 ρ 2.10-8 Ωm 3.10-3 Ωm α 4.10-3 /K - 70.10-3 /KPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 3 1.Sơlượcvềtínhchấtcủabándẫn Kim loại: nồng độ electron luôn không đổi Bán dẫn: • Nồng độ hạt tải phụ thuộc nhiệt độ (T=0K thì nồng độ hạt tải bằng 0) • Nồng độ hạt tải được quyết định bởi nhiệt độ, điện trường, từ trường ngoài, v…v… • Thay đổi được loại hạt tảiPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 4 1.Sơlượcvềtínhchấtcủabándẫn Một số loại bán dẫn điển hình • Bán dẫn 1 thành phần: Ge, Se, B, C, Si, As, Se,… • Bán dẫn 2 thành phần : oAI BVII; AI BVI oAI BV; AII BVII oAII BVI oAII BV oAIIIBV (GaP, GaSb, GaAs, InP, InSb, InAs,…) oAIVBVI oAIBIV • Bán dẫn 3 thành phần : o AIBIIICVI (CuAlS2, AgInSe2…) o AIVBVCVI (PbBiSe2)PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 5 2.Bándẫntinhkhiết • Cấu hình điện tử của Si: 1s22s22p63s23p2 • Cấu trúc tinh thể dạng kim cương Sicólớpngoàichưađầytạisaokhôngphảilàkimloại?PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 6 2.Bándẫntinhkhiết Cấu trúc vùng năng lượng của SiPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 7 2.Bándẫntinhkhiết • Cấu trúc vùng năng lượng của Si • Electron & lỗ trốngPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 8 2.Bándẫntinhkhiết Một electron nhảy lên vùng dẫn thì để lại một lỗ trống ở vùng hóa trịPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 9 2.Bándẫntinhkhiết Hàm phân bố Fermi-Dirac cho electron. Vì ? − ? ≫ ?& ? nên ta có: 0/. - ?) (?)= ./0 ≈? 12 3 ) 12 3 4- ?7 = 1 − ?) ⟹hàm Fermi-Dirac cho lỗ trống: ./0 - - ?7 (?)=1 − ./0 = 0/. ≈? 12 3 ) 12 3 4- ) 12 3 4-PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 10 2.Bándẫntinhkhiết • Nồng độ electron trong bán dẫn tinh khiết 1. Mặt đẳng năng hình cầu 2. Qui luật tán sắc bậc 2 ℏ@ ? @ ?; = ?= + 2?) 1 2?) E/@ - ?) (?) = @ ( @ ) (? − ?= )@ 2? ℏ J 1 2?) E/@ ;MN J OP? = H ?) (?)?) (?)?? = ( ) ? 2 H (? − ?= )-/@ ? ;2 N ?? KL 2? @ ℏ@ KL ?) ?& ? E/@ MOKL ? = 2( ) ? ;2 N 2?ℏ@PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 11 2.Bándẫntinhkhiết • Nồng độ lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết E 1 2?7 @ - ?7 (?) = @ (?= − ?)@ 2? ℏ@ KR ?7 ?& ? E/@ KR OM ? = H ?7 (?)?7 (?)?? = 2( @ ) ? ;2 N OJ 2?ℏ • Biểuthứccủađịnhluậtkhốilượnghiệudụng ?& ? ...