Giáo trình môn quang điện tử - chương 2 bán dẫn

Ta biết rằng vật chất được cấu tạo từ những nguyên tử (đó là thành phần nhỏ nhất của nguyên tố mà còn giữ nguyên tính chất của nguyên tố đó). Theo mô hình của nhà vật lý Anh Rutherford (1871-1937), nguyên tử gồm có một nhân mang điện tích dương (Proton mang điện tích dương và Neutron trung hoà về điện) và một số điện tử (electron) ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình môn quang điện tử - chương 2 bán dẫn Chương 2: Bán dẫn Chương 2 BÁN DẪN2.1. Lý thuyết dải năng lượng2.1.1 Mức năng lượng và dải năng lượng Ta biết rằng vật chất được cấu tạo từ những nguyên tử (đó là thànhphần nhỏ nhất của nguyên tố mà còn giữ nguyên tính chất của nguyên tố đó).Theo mô hình của nhà vật lý Anh Rutherford (1871-1937), nguyên tử gồm cómột nhân mang điện tích dương (Proton mang điện tích dương và Neutrontrung hoà về điện) và một số điện tử (electron) mang điện tích âm chuyểnđộng chung quanh nhân và chịu tác động bởi lực hút của nhân. Nguyên tử luôn luôn trung hoà điện tích, số electron quay chung quanhnhân bằng số proton chứa trong nhân - điện tích của một proton bằng điện tíchmột electron nhưng trái dấu). Điện tích của một electron là -1,602.10-19 C(Coulomb), điều này có nghĩa là để có được 1 Coulomb điện tích phải có6,242.1018 electron. điện tích của điện tử có thể đo được trực tiếp nhưng khốilượng của điện tử không thể đo trực tiếp được. Tuy nhiên, người ta có thể đođược tỉ số giữa điện tích và khối lượng (e/m), từ đó suy ra được khối lượngcủa điện tử là mo=9,1.10-31 Kg v2 me  m0 / 1  2 c Đó là khối lượng của điện tử khi nó chuyển động với vận tốc rất nhỏ sovới vận tốc ánh sáng (c=3.108 m/s). Khi vận tốc điện tử tăng lên, khối lượngcủa điện tử được tính theo công thức Lorentz-Einstein: Mỗi điện tử chuyển động trên một đường tròn và chịu một gia tốcxuyên tâm. Theo thuyết điện từ thì khi chuyển động có gia tốc, điện tử phảiphát ra năng lượng. Sự mất năng lượng này làm cho quỹ đạo của điện tử nhỏdần và sau một thời gian ngắn, điện tử sẽ rơi vào nhân. Nhưng trong thực tế,các hệ thống này là một hệ thống bền theo thời gian. Do đó, giả thuyết củaRutherford không đứng vững. Nhà vật lý học Đan Mạch Niels Bohr (1885- 1962) đã bổ túc bằng cácgiả thuyết sau:  Có những quỹ đạo đặc biệt, trên đó điện tử có thể di chuyển mà không phát ra năng lượng. Tương ứng với mỗi quỹ đạo có một mức năng lượng nhất định. Ta có một quỹ đạo dừng. 1 Chương 2: Bán dẫn  Khi điện tử di chuyển từ một quỹ đạo tương ứng với mức năng lượng w1 sang quỹ đạo khác tương ứng với mức năng lư ợng w2 thì sẽ có hiện tượng bức xạ hay hấp thu năng lượng. Tần số của bức xạ (hay hấp thu) này là w2  w1 f h Trong đó, h=6,62.10-34 J.s (hằng số Planck).  Trong mỗi quỹ đạo dừng, moment động lượng của điện tử bằng bội số của h  2Moment động lượng: h m.v.r  n.  n. 2 Hình 2.1. Mô hình nguyên tử hydro Với giả thuyết trên, người ta đã dự đoán được các mức năng lượng củanguyên tử hydro và giải thích được quang phổ vạch của Hydro, nhưng khônggiải thích được đối với những nguyên tử có nhiều điện tử. Nhận thấy sự đốitính giữa sóng và hạt, Louis de Broglie (Nhà vật lý học Pháp) cho rằng có thểliên kết mỗi hạt điện khối lượng m, chuyển động với vận tốc v một bước sóng h = mv 2 Chương 2: Bán dẫn Trong khi giải phương trình Schrodinger để tìm năng lượng của nhữngđiện tử trong một nguyên tử duy nhất, người ta thấy rằng mỗi trạng thái nănglượng của electron phụ thuộc vào 4 số nguyên gọi là 4 số nguyên lượng  Số nguyên lượng xuyên tâm (Số nguyên lượng chính). Xác định kích thước của quỹ đạo n=1,2,3,…7  Số nguyên lượng phương vị: (Số nguyên lượng phụ). Xác định hình thể quỹ đạo l=1,2,3,…,n-1  Số nguyên lượng từ. Xác định phương hướng của quỹ đạo ml=0, l,…, l  Số nguyên lượng Spin. Xác định chiều quay của electron 1 ms   2 Trong một hệ thống gồm nhiều nguyên tử, các số nguyên lượng tuântheo nguyên lý ngoại trừ Pauli. Nguyên lý này cho rằng: trong một hệ thốngkhông thể có 2 trạng thái nguyên lượng giống nhau, nghĩa là không thể có haiđiện tử có 4 số nguyên lượng hoàn toàn giống nhau.2.1.2 Phân bố điện tử trong nguyên tử theo năng lượng Tất cả các nguyên tử có cùng ...