Vật lý thống kê - Chủ đề 7. Chất bán dẫn..vahanwjqjacabaggapptx

vặmkapabajbaqhhababagahava

1. BÁO CÁO HỌC PHẦN VẬT LÝ THỐNG KÊ CHỦ ĐỀ: CHẤT BÁN DẪN DENSITY OF STATE IN SEMICONDUCTORS Thành viên nhóm: 1. Phạm Thùy Liên – B2200040 2. Nguyễn Hoàng Phi Tài – B2200044 3. Lê Bảo Trân – B2200046

2. SƠ LƯỢC VỀ CHẤT BÁN DẪN Nguyên lý chung: Điều khiển sự di chuyển của hạt mang điện dưới tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng ,...

3. SƠ LƯỢC VỀ CHẤT BÁN DẪN Xác định mật độ hạt mang điện trong vật liệu bán dẫn Thay đổi đặc tính dẫn điện của vật liệu bán dẫn

4. CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ BÁN DẪN

5. CẤU TRÚC VÙNG NĂNG LƯỢNG Sự hình thành các dải năng lượng (trái) và phân bố electron (các chấm đen) trong các miền năng lượng ở nhiệt độ thấp.

6. CẤU TRÚC VÙNG NĂNG LƯỢNG Tính dẫn điện của kim loại, điện môi, bán dẫn (lần lượt từ trái sang phải)

7. BÁN DẪN TINH KHIẾT Silic: - Số hiệu nguyên tử: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 4 electron lớp ngoài cùng (3s² 3p²) tham gia liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử lân cận trong mạng tinh thể . Miền trống → Miền dẫn .

8. BÁN DẪN PHA TẠP Bán dẫn loại n: - Khi pha một lượng rất bé chất có hóa trị V vào trong chất bán dẫn tinh khiết ta được bán dẫn loại n. - Nguyên tử tạp chất có khả năng cung cấp electron dẫn gọi là nguyên tử donor . - Chỉ cần một năng lượng cỡ 0,015 eV cũng đủ để nó trở thành e tự do và chuyển động có hướng tạo thành dòng điện .

9. BÁN DẪN PHA TẠP Bán dẫn loại p: - Khi pha một lượng rất nhỏ chất có hóa trị III vào Si hay Ge ta được bán dẫn loại p. - Nguyên tử tạp chất có khả năng nhận electron dẫn từ vùng hóa trị để tạo ra lỗ trống gọi là nguyên tử acceptor . - Mức acceptor cách miền đầy một khoảng rất bé 0,015 eV , chưa có e nào chiếm chỗ ở trạng thái bình thường; một số electron ở miền đầy nhảy vào chiếm đầy mức acceptor làm xuất hiện các lỗ trống ở mức acceptor .

10. PHÂN BỐ FERMI-DIRAC

11. HÀM PHÂN BỐ XÁC SUẤT FERMI – DIRAC Hàm phân bố : Trong đó: - là xác suất tồn tại một electron ở mức năng lượng . - là thế hóa (chemistry potential). - là hằng số Boltzmann. - là nhiệt độ tuyệt đối.  

12. ĐỒ THỊ THEO   Nhiệt độ Năng lượng Giá trị Nhiệt độ Năng lượng Dựa trên hàm phân bố Fermi – Dirac , ta thu được bảng sau:  

13. NỒNG ĐỘ HẠT TẢI ĐIỆN TRONG BÁN DẪN TINH KHIẾT

14. 1. Nồng đ ộ electron trong v ù ng dẫn Trong đó: là mật độ trạng thái electron trong vùng dẫn. là hàm phân bố Fermi – Dirac. là mức năng lượng đáy vùng dẫn.    

15. Ta có: Trong đó là khối lượng hiệu dụng của electron. Thay vào tích phân:  

16. Với giả định gần đúng và dùng phân bố Boltzmann cho chất bán dẫn loại điện (bán dẫn loại n), ta có: Đặt , đổi biến tích phân:  

17. Tính tích phân: bằng hàm Gamma . Thay vào , ta được: Trong đó được gọi là mật độ hiệu dụng của các trạng thái trong vùng dẫn.  

18. 2. Nồng đ ộ lỗ trống trong v ù ng h ó a trị Trong đó: là hàm phân bố lỗ trống, biểu diễn xác suất để trạng thái có năng lượng chưa bị chiếm; là mật độ trạng thái lỗ trống trong vùng hóa trị.  

19. Gần đ ú ng Boltzmann: Tính tích phân tương tự như ở phép tính nồng độ electron, ta có: Trong đó được gọi là mật độ hiệu dụng của các trạng thái trong vùng hóa trị.  

20. Nhân với ta được: → Hệ thức cho thấy ở một nhiệt độ nhất định tích số của nồng độ electron và lỗ trống là một hằng số đối với một bán dẫn đã cho. Hệ thức này được gọi là định luật tác dụng khối . Khai căn biểu thức ta được: Trong đó: được gọi là tổng nồng độ hạt tải điện riêng.  

21. 3. Vị tr í của mức Fermi trong b á n dẫn thuần Đối với bán dẫn thuần thì nồng độ electron ở vùng dẫn và nồng độ lỗ trống ở vùng hóa trị bằng nhau. Ta đặt:  

22. - Ở nhiệt đ ộ th ì → Mức Fermi nằm ở giữa v ù ng cấm . - Khi nhiệt đ ộ t ă ng th ì mức Fermi sẽ thay đ ổi . N ó sẽ dịch l ê n ph í a v ù ng dẫn nếu hoặc dịch về ph í a v ù ng ho á trị nếu . Tuy nhi ê n trong nhiều tr ư ờng hợp sự dịch chuyển này rất b é n ê n ta c ó thể coi nh ư mức Fermi nằm ở giữa v ù ng dẫn .  

23. NỒNG ĐỘ HẠT TẢI ĐIỆN TRONG BÁN DẪN PHA TẠP

24. Miền nhiệt độ thấp Bằng các phép tính tương tự như bán dẫn thuần, ta có thể tìm được vị trí các mức Fermi ở miền nhiệt độ thấp: + Với bán dẫn loại n: Khi thì mức Fermi nằm giữa đáy vùng dẫn và mức donor.  

25. Miền nhiệt độ thấp Bằng các phép tính tương tự như bán dẫn thuần, ta có thể tìm được vị trí các mức Fermi ở miền nhiệt độ thấp: + Với bán dẫn loại p: Khi thì mức Fermi nằm giữa đỉnh vùng hóa trị và mức acceptor.  

26. Miền nhiệt độ thấp Thay vào các biểu thức: + Nồng độ electron trong bán dẫn loại n: + Nồng độ lỗ trống trong bán dẫn loại p:  

27. Miền làm kiệt tạp chất Khi nhiệt độ tăng lên, kích thích nhiệt làm ion hóa donor. Tại một nhiệt độ T S nào đó, tất cả các nguyên tử donor đều bị ion hóa. Khi đó: Thay (10) vào (8) ta được: → Mức Fermi tại nhiệt độ T S nằm trùng với mức donor.  

28. XIN CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE!