Vật lý đại cương - Bài giảng bán dẫn và máy phát lượng tử phần 1

Vật lý có quan hệ mật thiết với toán học. Các lý thuyết vật lý là bất biến khi biểu diễn dưới dạng các quan hệ toán học, và sự xuất hiện của toán học trong các thuyết vật lý cũng thường phức tạp hơn trong các ngành khoa học khác. Sự khác biệt giữa vật lý và toán học là ở chỗ, vật lý luôn gắn liền với thế giới tự nhiên, trong khi toán học lại biểu diễn các mô hình trừu tượng độc lập với thế giới tự nhiên. Tuy vậy, sự khác biệt không phải lúc...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý đại cương - Bài giảng bán dẫn và máy phát lượng tử phần 1 Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi b¸n dÉn & M¸y ph¸t l−îng tö 1. DÉn ®iÖn cña tinh thÓ b¸n dÉn Vïng n¨ng l−îng: Vïng DÉn Si 4 ®iÖn tö ho¸ trÞ E g Eg Vïng Ho¸ trÞ − n i = pi ~ e 2 kT kBT > Eg T=0K Lç: Tr¹ng th¸i trèng trong vïng ho¸ trÞ ®iÒn ®Çy gÇn hÕt: εk r r m h = −m e ; v h = v e ; r r Eg ε h = −ε e ; k h = − k e ; e h > 0 k 2. B¸n dÉn t¹p chÊt Ed 1 / 2 − 2 kT Liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ n = Nd e 1 nguyªn tö dïng chung 8 ®iÖn tö ho¸ trÞ víi 4 nguyªn tö kh¸c: Si, Ge, C m¹ng kim c−¬ng V DÉn T¹p thuéc nhãm 5: Ed P, as, Sb møc donor + - As V Ho¸ trÞ T¹p thuéc nhãm 3: V dÉn + B, Al, Ga, In møc Acceptor B- Ea Ea 1 / 2 − 2 kT V Ho¸ trÞ p = Na e Dßng ph¸t sinh cã Jng cña ®iÖn 3. ChuyÓn tö tõ n -> p t¸i hîp víi lç tiÕp p-n e εF2 → Dßng t¸i hîp cã J p nr εF1 h n - + ΔV= (εF2 - εF1)/e Jng+ Jnr=0 V Jnr(Vngh)=Jnr(0).exp(-e|V|/kBT) -+ Jng(Vngh)=Jng(0). Jng+ Jnr≠0 -+ eV I = I 0 .[exp( ) − 1] ThÕ nghÞch: p(-) n(+) kT ThÕ thuËn: p(+) n(-) Jnr(Vth)=Jnr(0).exp(e|V|/kBT) Jng(Vth)=Jng(0). V Jng+ Jnr≠0 HiÖu øng chØnh l−u Pin mÆt trêi e p n h- + ΔV= (εF2 - εF1)/e -+ -+ ChiÕu ¸nh s¸ng phï hîp lªn chuyÓn tiÕp p-n Lç (h) vμ ®iÖn tö (e) sinh ra. Lç bÞ ®Èy vÒ bªn tr¸i (thÕ ©m) §iÖn tö bÞ ®Èy vÒ bªn ph¶i (thÕ d−¬ng) => Dßng quang ®iÖn => Pin mÆt trêi §Ìn ®iÖn tö 3 cùc L−íi K A ~ §iÖn ¸p trªn l−íi thay ®æi Ýt -> sè ®iÖn tö tõ K->A thay ®æi m¹nh -> dßng qua ®iÖn trë thay ®æi m¹nh 4. Transitor dßng ®iÖn tö E l−íi C +- -+ p n n IC + ΔIC +- -+ ΔUBE==> ΔIB dßng lç dßng dß IE + ΔIE B ==> ΔIE -->ΔIC IB + ΔIB IE = IB + IC víi IB 5. HiÖu øng nhiÖt ®iÖn p e T1 < T2 - -- T1 T2 e vμ h khuÕch t¸n + ++ n h sang phÝa bªn kia phô thuéc vμo nhiÖt ®é Sù xuÊt hiÖn SuÊt ®iÖn ®éng do chªnh lÖch nhiÖt ®é gäi lμ hiÖn t−îng nhiÖt ®iÖn 6. LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) E2 6.1. Ph¸t x¹ tù nhiªn: §éc hν=E -E 2 1 lËp víi nhau, kh«ng cã kÕt E1 hîp vÒ pha, ®Þnh h−íng vμ ®é kÝch thÝch ph¸t x¹ ph©n cùc Thêi gian hÖ ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch Δt~h/ ΔE ~ 10-8 -10-9s E2 6.2. Ph¸t x¹ c¶m øng: Khi cã hν=E -E 2 1 kÝch thÝch tõ bªn ngoμi bøc kÝch thÝch E1 ph¸t x¹ x¹ c¶m øng cã cïng h−íng, cïng tÇn sè, ®é ph©n cùc, kÕt hîp triÖt ®Ó gi÷a ph¸t x¹ vμ kÝch thÝch 6.3. Tr¹ng th¸i hÖ E E 2 − E1 − N2 Nguyªn tö = h¹t; Møc n¨ng kT ~e N1 l−îng E2>E1. N-tæng sè h¹t cña E2 E1 hÖ E E1 −2 − 0 N2 N1 N N 2 ~ e kT kT N1 ~ e ...