Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về tính chất điện của vật liệu, bán dẫn, so sánh nồng độ acceptor cần thiết với nồng độ nguyên tử Si,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí HuỳnhCƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 5/2016 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆUTÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Biết đồng có khối lượng riêng d = 8900kg/m3 và nguyên tử lượng bằng 63,57g/mol.• Tính số electron dẫn trong một khối vật liệu bằng đồng hình lập phương cạnh 1cm. TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Mỗi nguyên tử đồng có một electron hóa trị.• Do đó, số electron dẫn được tính bằng: N = ρa3• Trong đó, ρv là mật độ nguyên tử trong 1 đơn vị thể tích: NAd v  A 6, 02 1023  8900 v  63,57 103  8, 43 1028 nguyeân töû /m 3  8, 43x1028 electron hóa trò /m3 N  v a 3 N   8, 43 10 28   110  2 2  8, 43 1022 electron daãn TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Tính vận tốc của electron dẫn trong đồng với động năng bằng năng lượng Fermi (bằng 7eV). TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Năng lượng toàn phần của các electron dẫn hoàn toàn là động năng và bằng năng lượng Fermi.• Như vậy, ta có thể viết: 1 E  E F  me v 2F 2• Vận tốc Fermi: 2E F vF  me 2   7 1,6 1019   vF   1,6 106 m/s 9,111031 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Khi đặt một tấm đồng vào một điện trường, điện tử dịch chuyển một khoảng tương đối so với hạt nhân bằng 10-8Å.• Biết thông số mạng bằng 3,6151Å.• Tính độ phân cực điện. TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Số hiệu nguyên tử đồng là 29, tức là có 29 electron trong mỗi nguyên tử.• Một ô cơ sở của đồng có 4 nguyên tử.• Mật độ điện tử: 4  29 z  2, 455 1030 electron/m 3  3, 615110 10 3• Độ phân cực điện: P  zqd  P   2, 455 1030   1,6 1019   108 10 10   3,93 107 C/m 2 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Độ dẫn điện của MgO phụ thuộc khả năng khuếch tán ion Mg2+.• Biết hệ số khuếch tán của ion Mg2+ trong MgO ở 1800oC là 10-10cm2/s và thông số mạng của MgO bằng 3,96x10-8cm.• Ước tính độ linh động của các ion Mg2+ và tính độ dẫn điện của MgO ở 1800oC. TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Ta có:  ZqD k BT    2  1, 6  10 19     10 10  1,38  10 23   1800  273  1,12 109 C.cm 2 .J 1 .s 1• 1 C tương ứng với 1 Ampere.s• 1 Joule tương tứng 1 Ampere.s.Volt    1,12 109 cm 2 /  V.s  TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• MgO có kiểu cấu trúc NaCl với 4 Mg2+ trong 1 ô cơ sở.• Mật độ ion Mg2+: 4 n  6, 4 1022 ion/cm3  3,96 10  8 3• Độ dẫn điện:   nZq     6, 4 1022   2  1, 6 109   1,12 109   23 106 C.cm 2 /  cm3 .V.s     2,3 105  1.cm 1 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Một tụ điện đa lớp trên cơ sở vật liệu BaTiO3 chứa SrTiO3.• Hằng số điện môi của vật liệu là 300.• Diện tích mỗi lớp là 10mmx5mm và chiều dày mỗi lớp bằng 10µm.• Tính điện dung của tụ nếu 100 lớp song song với nhau và sử dụng các điện cực nickel. TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Điện dung của tụ điện các lớp song song: k0 A C t• Suy ra điện dung cho mỗi lớp: k0 A Clayer  t  3000   8,85 1012   10 103  5 103   Clayer  10 106  13, 28 108 F• Suy ra điện dung cho mỗi lớp: C total  n layer  Clayer  C total  100  13, 28 108   13, 28 106 F  13, 28FTÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU• Biết mật độ các electron dẫn trong silic nguyên chất ở nhiệt độ phòng là 1016m-3.• Giả thuyết ở nhiệt độ phòng, chuyển động nhiệt có tác dụng đủ để hầu hết các nguyên tử P đều cho electron thừa tới vùng dẫn.• Biết Si có nguyên tử lượng 28,1g/mol và khối lượng riêng bằng 2330kg/m3.• Nếu muốn tăng giá trị này lên 1 triệu lần, cần cách pha tạp phốt pho vào mạng silic, tính tỷ lệ số nguyên tử silic cần thay bởi nguyên tử phốt pho (P ...