Hằng số Boltzmann

Để giải thích rõ các quá trình ion hóa và tái hợp trong chất bán dẫn, cần phải sử dụngthuyết " miền năng lượng " trong các vật rắn. Thuyết này cho rằng electron chuyểnđộng trong một điện trường tuần hoàn được tạo ra bởi các ion và các electron nênchúng được coi là đứng yên. Các electron được coi như 1 "chất lỏng electron" tích điệnâm chiếm phần không gian giữa các ion. Chúng bù trừ với các điện tích dương của ionđứng ở nút mạng làm cho mạng trung hòa về điện. Như vậy,điện trường sẽ biếnđổi tuần...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hằng số BoltzmannHằng số Boltzmann, kí hiệu kB hay k, phát hiện bởi Max Planck, lấy tên theo LudwigBoltzmann, là 1 đại lượng chuyển đổi cơ bản giữa nhiệt độ và năng lượng. kB = 1,38(24).10-23 J/K = 8,617(15).10-5 eV/KLiên hệ giữa hằng số Boltzmann kB với hằng số khí R và hằng số Avogadro NA: kB = R/ NA[sửa] Ứng dụng trong phương trình khí lí tưởng • p.V = N.kB.T (p.V = n.R.T) với p: áp suất, V: thể tích, N: số nguyên tử hay phân tử, T: nhiệt độ tuyệt đối; n: số mol tính hiệu điện thế nhiệt UT trong Vật lí bán dẫn • UT = (kB.T)/q với T: nhiệt độ tuyệt đối, q: (e) điện tích nguyên tử Ở nhiệt độ phòng 27°C (T = 300 K), UT ≈ 2NayĐể giải thích rõ các quá trình ion hóa và tái hợp trong chất bán dẫn, cần phải sử dụngthuyết miền năng lượng trong các vật rắn. Thuyết này cho rằng electron chuyểnđộng trong một điện trường tuần hoàn được tạo ra bởi các ion và các electron nênchúng được coi là đứng yên. Các electron được coi như 1 chất lỏng electron tích điệnâm chiếm phần không gian giữa các ion. Chúng bù trừ với các điện tích dương của ionđứng ở nút mạng làm cho mạng trung hòa về điện. Như vậy,điện trường sẽ biếnđổi tuần hoàn trong không gian chứa các mạng tinh thể. Kết quả là ta có bài toánvề chuyển động của 1 electron trong điện trường không biến đổi biến thiên tuần hoàn.-Việc giải bài toán này trong cơ học lượng tử dẫn đến thuyết miền năng lượng, nódặc trưng cho các trạng thái năng lượng khả dĩ của 1 electron nằm trong điện trườngnói trên.Sự dẫn điện trong kim loạiModule by: CN. Trương Văn Tám. E-mail the authorUser rating (How does the rating system work?)Ratings Ratings allow you to judge the quality of modules. If other users haveranked the module then its average rating is displayed below. Ratings are calculated on a scale from one star(Poor) to five stars (Excellent).How to rate a module Hover over the star that corresponds to the rating you wish to assign. Clickon the star to add your rating. Your rating should be based on the quality of the content. You must havean account and be logged in to rate content.:PoorFairOKGoodExcellent(0 ratings)(Login required)Summary: Ôn lại khái niệm về độ linh động của điện tử, dẫn suất của kim loại, từ đó đưa raphương pháp khảo sát chuyển động của hạt tử bằng năng lượng.ĐỘ LINH ĐỘNG VÀ DẪN XUẤT:Trong chương I, hình ảnh của dải năng lượng trong kim loại đã được trình bày. Theosự khảo sát trên, dải năng lượng do điện tử chiếm có thể chưa đầy và không có dảicấm cho những năng lượng cao. Nghĩa là điện tử có thể di chuyển tự do trong kim loạidưới tác dụng của điện trường.Hình 1Hình 1 (graphics1.png)Hình trên vẽ phân bố điện tích trong tinh thể Na. Những chỗ gạch chéo tiêu biểu chonhững điện tử ở dải hóa trị có năng lượng thấp nhất, những chỗ trắng chứa nhữngđiện tử có năng lượng cao nằm trong dải dẫn điện. Chính những điện tử này là nhữngđiện tử không thể nói thuộc hẳn vào một nguyên tử nhất định nào và có thể di chuyểntự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Vậy kim loại được coi là nơi các ion kếthợp chặt chẽ với nhau và xếp đều đặn trong 3 chiều trong một đám mây điện tử màtrong đó điện tử có thể di chuyển tự do.Hình ảnh này là sự mô tả kim loại trong chất khí điện tử. Theo thuyết chất khí điện tửkim loại, điện tử chuyển động liên tục với chiều chuyển động biến đổi mỗi lần vachạm với ion dương nặng, được xem như đứng yên. Khoảng cách trung bình giữa hailần va chạm được gọi là đoạn đường tự do trung bình. Vì đây là chuyển động tánloạn, nên ở một thời điểm nào đó, số điện tử trung bình qua một đơn vị diện tích theobất cứ chiều nào sẽ bằng số điện tử qua đơn vị diện tích ấy theo chiều ngược lại.Như vậy , dòng điện trung bình triệt tiêu.Giả sử, một điện trườngE→ được thiết lập trong mạng tinh thể kim loại, ta thử khảo sát chuyển động củamột điện tử trong từ trường nầy.Hình 2Hình 2 (graphics2.png)Hình trên mô tả chuyển động của điện tử dưới tácdụng của điện trườngE→. Quỹ đạo của điện tử là một đường gấp khúc vì điện tử chạm vào các ion dươngvà đổi hướng chuyển động. Trong thời gian t=n lần thời gian tự do trung bình, điện tửdi chuyển được một đoạn đường là x. Vận tốcv=xt gọi là vận tốc trung bình. Vận tốc này tỉ lệ với điện trườngE→.v=μEHằng số tỉ lệ gọi là độ linh động của điện tử, tính bằng m2/Vsec.Điện tích đi qua mỗi đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian được gọi là mật độdòng điện J.Ta có: J = n.e.vTrong đó, n: mật độ điện tử, e: điện tích của một electront = -1t = 0S’ SvHình 3Bây giờ, ta xét một điện tích vi cấp S đặt thẳng góc với chiều dichuyển của điện tử. Những điện tử tới mặt S ở thời điểm t=0 (t=0 được chọn làmthời điểm gốc) là những điện tử ở trên mặt S’ cách S một khoảng v (vận tốc trungbình của điện tủ) ở thời điểm t=-1. Ở thời điểm t=+1, những ...