›
›

Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử - Chương 3: Chất bán dẫn - Trần Thục Linh

pdf 25 trang ngocly 670
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử - Chương 3: Chất bán dẫn - Trần Thục Linh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_cau_kien_dien_tu_va_quang_dien_tu_chuong_3_chat_ba.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cấu kiện điện tử và quang điện tử - Chương 3: Chất bán dẫn - Trần Thục Linh

  1. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 3- Chấtbándẫn (Semiconductor) • Định nghĩachấtbándẫn • Cấutrúcmạng tinh thể chấtbándẫn • Chấtbándẫnthuần • Chấtbándẫn không thuần • Dòng điệntrongchấtbándẫn • Độ dẫn điệncủachấtbándẫn GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 1 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  2. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 1. Định nghĩa ™ Chấtbándẫnlàvậtchấtcóđiệntrở suấtnằm ở giữatrị sốđiệntrở suất củachấtdẫn điệnvàchất điện môi khi ở nhiệt độ phòng, ρ= 10-4 ÷ 107 Ω.m ™ Chấtbándẫnlàchất mà trong cấutrúcdảinăng lượng có độ rộng vùng cấmlà0<EG<2eV. ™ Chấtbándẫn trong tự nhiên: Bo (B), Indi (In), Gali (Ga) ở nhóm 3, Silic (Si), Gecmani (Ge) thuộc nhóm 4, Asen (As), P, Sb (Antimony) thuộc nhóm 5, Selen (Se), lưuhuỳnh (S) ở nhóm 6, hoặchợpchấtnhư clorua đồng (CuCl), Asenic Canxi CaAs, Oxit đồng CuO, ™ Trong kỹ thuật điệntử hiệnnay sử dụng mộtsố chấtbándẫncócấutrúc đơntinhthể. Quan trọng nhất là hai nguyên tố Gecmani và Silic. ™Đặc điểmcủacấutrúcmạng tinh thể này là độ dẫn điệncủanórấtnhỏ khi ở nhiệt độ thấpvàsẽ tăng theo lũythừavớisự tăng của nhiệt độ và tăng gấpbộikhicótrộnthêmíttạpchất. Do đó đặc điểmcơ bảncủachấtbán dẫnlàđộ dẫn điệnphụ thuộcnhiều vào nhiệt độ môi trường và nồng độ tạp chất, ngoài ra còn phụ thuộc vào ánh sáng, bứcxạ ion hóa, GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  3. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2. Cấutrúcmạng tinh thể chấtbándẫn đơnSi Mỗi nguyên tử Si liên kếtvới 4 nguyên tử bên cạnh o 2.35A o 5.43A GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  4. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cấutrúcmạng tinh thể củachấtbándẫnghép Ga As Chấtbándẫnghép: Hợpchấtcủa các nguyên tử thuộc phân nhóm chính nhóm III và phân nhóm chính nhóm V: GaAs, GaP, GaN, Chúng có ứng dụng quan trọng trong các cấukiệnquangđiệnvàIC tốc độ cao GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  5. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 3. Chấtbándẫnthuần (Intrinsic semiconductor) ™ Chấtbándẫnmàở mỗi nút củamạng tinh thể củanóchỉ có nguyên tử củamộtloại nguyên tố, ví dụ như các tinh thể Ge (gecmani) Si (silic) nguyên chất 0 ™ VD: tinh thể Si, EG= 1,1eV (tạinhiệt độ 300 K) Dải E Si Si Si dẫn +4 +4 +4 Điệntử E C E < 2 eV Si G Si Si +4 +4 +4 EV Lỗ trống Si Si Si Dải +4 +4 +4 hoá trị GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  6. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Sự tạothànhlỗ trống và điệntử tự do ƒ Ở nhiệt độ phòng mộtsố liên kếtcộng Si Si Si hóa trị bị phá vỡ tạorađiệntử tự do và +4 +4 +4 lỗ trống ƒ Lỗ trống cũng có khả năng dẫn điện Si nhưđiệntử tự do Si Si +4 +4 +4 ƒ Bán dẫnthuầncónồng độ hạtdẫnlỗ Lỗ Điệntử trống và nồng độ hạtdẫn điệntử bằng trốngSi tự do nhau: p = n = p = n Si Si i i +4 +4 +4 ƒ Độ dẫn điệncủachấtbándẫn σ: μn - độ linh động của điệntử tự do μp - độ linh động củalỗ trống σ=(n.μnp+p.μ ).q q – điện tích của điệntử q=1,6.10-19C ƒ J – mật độ dòng điệnkhichấtbándẫn J(= n.μ+npp.μ).q.E=σ.E đặttrongđiệntrường ngoài E: GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  7. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Các thuậtngữ ƒ Nồng độ điệntử tự do trong chấtbándẫn (Electron Concentration): -3 n [cm ] - số lượng điệntử tự do trong một đơnvị thể tích chấtbándẫn(ni, nn, np) ƒ Nồng độ lỗ trống trong chấtbándẫn (Hole Concentration):p [cm-3] - số lượng lỗ trống trong một đơnvị thể tích chấtbándẫn(pi, pn, pp) 2 ƒ Độ linh động của điệntử tự do (Electron Mobility): μn[cm /(V.s)] –Thamsố xác định mức độ phân tán của điệntử trong chấtbándẫn, tỉ lệ thuậnvớivận tốc khuyếch tán của điệntử và cường độ trường điệntừ, cũng như tỉ lệ giữa nồng độ điệntử và độ dẫn điệncủachấtbándẫn 2 ƒ Độ linh động củalỗ trống (Hole Mobility) : μp[cm /(V.s)] - Tham số xác định mức độ phân tán củalỗ trống trong chấtbándẫn, tỉ lệ thuậnvớivậntốc khuyếch tán củalỗ trống và cường độ trường điệntừ, cũng như tỉ lệ giữa nồng độ lỗ trống và độ dẫn điệncủachấtbándẫn ƒ Độ dẫn điện (Electrical conductivity): σ [Ω.m]-1 -thamsốđokhả năng dẫn dòng điện thông qua một đơnvị vậtliệu, σ = 1/ρ GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  8. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Quá trình tạohạttải điệnvàquátrìnhtáihợp ™ Quá trình tạorahạttải điệntrongchấtbándẫnthuần: ƒ do năng lượng nhiệt “thermal generation ƒ do năng lượng quang học“optical generation” ™ Quá trình tái hợpgiữa điệntử tự do và lỗ trống và giải phóng năng lượng 2 theo cách: ƒ Tạoranhiệtlượng làm nóng chấtbándẫn: “thermal recombination”- Tái hợptoả nhiệt ƒ Phát xạ ra photon ánh sáng : “optical recombination”- Tái hợpphát quang “Optical recombination”rấthiếmxảy ra trong trong chấtbándẫn thuầnSi, Gemàchủ yếuxảy ra trong các loạivậtliệubándẫnghép ™ Quá trình tạovàtáihợpliêntụcxảyratrongchấtbándẫn, và đạttrạng thái cân bằng khi tốc độ của 2 quá trình đóbằng nhau GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  9. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ -Tốc độ tạohạttải điệnphụ thuộcvàoT nhưng lại độclậpvớin vàp - nồng độ của điệntử tự do và củalỗ trống : G = Gthermal(T) +Goptical - Trong khi đótốc độ tái hợplạitỷ lệ thuậnvớicả n và p R ∝ np -Trạng thái ổn định xảyrakhitốc độ tạovàtáihợpcânbằng G = R ⇒ np = f (T ) -Nếu trong trường hợp không có các nguồn quang và nguồn điệntrường ngoài, trạng thái ổn định đượcgọilàtrạng thái cân bằng nhiệt “thermal equilibrium” 2 np = ni (T ) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  10. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Hàm phân bố Fermi-Dirac ƒ Xét mộthệ gồm nhiềuhạtgiống hệtnhaucóthể nằm trên nhiều mứcnăng lượng khác nhau → hàm phân bố, bởivìđể xét các tính chất khác nhau củahệ trướchếttacầnphảibiết các hạtnày phân bố theo các mứcnăng lượng trên như thế nào? ƒ Xét hệ gồmN điệntử tự do nằm ở trạng thái cân bằng nhiệttại nhiệt độ T. Phân bố các điệntửđó tuân theo nguyên lý loạitrừ Pauli. Tìm phân bố của các điệntử theo các mứcnăng lượng? ƒ Áp dụng nguyên lý năng lượng tốithiểu: “xác suất để mộthệ gồmN hạtgiống hệt nhau nằm trong trạng thái năng lượng E tỷ lệ nghịch vớiE theohàmmũ exp, cụ thể là: PN(E) ~ exp(-E/kT) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  11. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Hàm phân bố Fermi-Dirac (1) ¾Xác suấtmứcnăng lượng E [eV] bịđiệntử lấp đầytạinhiệt độ T tuân theo hàm phân bố Fermi- Dirac: f(E) 1 f ( E ) = E − E ⎛ F ⎞ T=00K exp ⎜ ⎟ + 1 1 ⎝ KT ⎠ 0 K: Hằng số Boltzmann (eV/ K) 0,5 T=3000K 0 K= 8,62×10-5 eV/0K T=2500 K 0 T - Nhiệt độ đobằng K 0 -1 0 0,2 1 (E-EF) EF -MứcFermi (eV) - ¾ EF -mứcnăng lượng Fermi là mứcnăng lượng lớnnhấtcònbị e lấp đầytạiT=00 K GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  12. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Hàm phân bố Fermi-Dirac (2) 1 E f ( E ) = ⎛ E − E ⎞ exp ⎜ F ⎟ + 1 Vùng dẫn ⎝ KT ⎠ T = 10000K T = 3000K T = 00K EC E > E => f(E) = 0 E f(E) = 1 F F F E 0 0 -3 F EG T > 0 K (T=300 K; KT=26.10 eV) T = 00K E (EF −E) V E - EF >> KT ⇒ f (E) ≈ e KT Vùng hoá trị (E−EF ) KT 0 0.5 1 f(E) E - EF << - KT ⇒f (E) ≈1− e EC [eV]- Đáy của vùng dẫn 1 EV [eV]- Đỉnh của vùng hóa trị f (EF ) = ∀T 2 EF [eV]- Mứcnăng lượng Fermi GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  13. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 4. Chấtbándẫn không thuần ™ Chấtbándẫnmàmộtsố nguyên tửởnút củamạng tinh thể củanó được thay thế bằng nguyên tử của chấtkhácgọilàchấtbándẫn không thuần. Có hai loạichấtbándẫn không thuần: ƒ Chấtbándẫn không thuần loạiN–gọitắtlàBándẫnloạiN ƒ Chấtbándẫn không thuần loạiP–gọitắtlàBándẫnloạiP Donors: P, As, Sb Acceptors: B, Al, Ga, In GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  14. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. ChấtbándẫnloạiN (1) ¾ Thêm mộtíttạpchất là nguyên tố thuộc nhóm 5 (As, P, Sb ) vào chấtbándẫn thuần Ge (Si). Trong nút mạng nguyên tử tạpchấtsẽđưa4 điệntử trong 5 điện tử hóa trị của nó tham gia vào liên kếtcộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge (hoặcSi) ở bên cạnh; còn điệntử thứ 5 sẽ thừa ra và liên kếtcủa nó trong mạng tinh thể là rấtyếu, ở nhiệt độ phòng cũng dễ dàng tách ra trở thành điệntử tự do trong tinh thể và nguyên tử tạpchấtchođiệntử trở thành các ion dương cốđịnh E Si Si Si + + + Vùng dẫn 4 4 4 Si e5 0,01e Sb Si EC + + + V ED 4 5 4 Mứccho Si E Si Si E G + + + V 4 4 4 Vùng hoá trị GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  15. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ a. ChấtbándẫnloạiN (2) ƒNồng độ điệntử tự do trong chấtbándẫnloạiN tăng nhanh nhưng tốc độ tái hợptăng nhanh nên nồng độ lỗ trống giảmxuống nhỏ hơnnồng độ có thể có trong bán dẫnthuần ƒTrong chấtbándẫnloạiN, nồng độ hạtdẫn điệntử (nn) nhiềuhơn nhiềunồng độ lỗ trống pn và điệntửđượcgọilàhạtdẫn đasố, lỗ trống đượcgọilàhạtdẫnthiểusố. nn >> pn nn=Nd+pn≈ Nd 2 2 ni ni pn = = nn Nd Nd –Nồng độ ion nguyên tử tạpchất cho (Donor) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  16. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. ChấtbándẫnloạiP ¾ Thêm mộtíttạpchất là nguyên tố thuộc nhóm 3(In, Bo, Ga ) vào chấtbándẫn thuần Ge (Si). Trong nút mạng, nguyên tử tạpchấtchỉ có 3 điệntử hóa trịđưara tạoliênkếtcộng hóa trị với3 nguyêntử Ge (Si) ở bên cạnh, mối liên kếtthứ 4 để trống và tạothànhmộtlỗ trống. Điệntử củamốiliênkếtgần đócóthể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kếtthứ 4 còn để trống đó. Nguyên tử tạpchấtvừa nhậnthêmđiệntử sẽ trở thành ion âm và ngượclại ở nguyên tử Ge/Si vừacó1 điệntử chuyển đisẽ tạoramột lỗ trống và nguyên tử này sẽ trở thành ion dương cốđịnh Si Si Si E +4 +4 +4 Vùng dẫn Si In Si +4 +3 +4 EC EG Mứcnhận 0,01eV Si Si Si EA E +4 +4 +4 V Vùng hoá trị GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  17. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ b. ChấtbándẫnloạiP ƒNồng độ lỗ trống trong chấtbándẫnloạiP tăng nhanh nhưng tốc độ tái hợptăng nhanh nên nồng độ điệntử tự do giảmxuống nhỏ hơnnồng độ có thể có trong bán dẫnthuần ƒTrong chấtbándẫnloạiP, nồng độ hạtdẫnlỗ trống (pp) nhiềuhơn nhiềunồng độ điệntử tự do np và lỗ trống đượcgọilàhạtdẫn đasố, điệntử tự do đượcgọilàhạtdẫnthiểusố pp >> np pp=Na+np≈ Na 2 2 ni ni np = = p p Na Na –Nồng độ ion nguyên tử tạpchấtnhận (Acceptor) GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  18. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nồng độ hạttải điện trong bán dẫn không thuần(1) ™ Thựctế Silicon thường đượcphatạpcả chất Donor và Acceptor. Giả sử nồng độ pha tạptương ứng là Nd, Na . ™ Để tạo thành bán dẫnN thìNd>Na, điệntử cho của nguyên tử Donor sẽ ion hóa tấtcả các nguyên tử Acceptor để hoàn thành liên kếtcònthiếu điệntử → quá trình bù “Compensation”. Điện tích trong chấtbándẫnN trung hòa nên: Nd-Na + p - n = 0 2 (Nd − Na ) (Nd − Na ) 4ni nn = + 1+ 2 2 2 ()Nd − Na ™ NếuNd>>Na nên Nd-Na>>ni thì có thể tính gần đúng nồng độ các loại hạttải điệnnhư như sau: 2 ni nN≅−daN; p≅ NNda− GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  19. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nồng độ hạttải điện trong bán dẫn không thuần(2) ™ Tương tựđểtạo thành bán dẫnP thìNa>Nd, trong bán dẫncũng xảy ra quá trình bù, tính toán tương tự ta có nồng độ lỗ trống trong trường hợpnàyđược tính như sau: 2 (Na − Nd ) (Na − Nd ) 4ni p p = + 1+ 2 2 2 ()Na − Nd ™ NếuNa>>Nd nên Na-Nd>>ni thì có thể tính gần đúng nồng độ các loạihạttải điệnnhư như sau: 2 ni p p ≅ Na − Nd np ≅ Na − Nd GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  20. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mức Fermi trong chấtbándẫn không thuần(1) ¾ Mức Fermi trong chấtbándẫnN (Nd càng tăng mức Fermi càng tiếngầntới đáy củadảidẫn): ( E F − E C ) KT n n = N C .e = N d NC EF = EC − KT ln Nd EF i GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  21. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Mức Fermi trong chấtbándẫn không thuần(2) ¾ Mức Fermi trong chất bán dẫnP (Na càng tăng mức Fermi càng tiếngầnxuống đỉnh củadảihóatrị): ( E V − E F ) KT p = N V .e = N a NV EF = EV + KT ln Na i EF GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  22. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 5. Dòng điện trong chấtbándẫn(1) ƒ Dòng điệnkhuếch tán: tạo ra do sự chuyển động ngẫu nhiên do nhiệtcủa các hạttải điện(thường có giá trị trung bình =0) và sự khuếch tán các hạttải điệntừ vùng có mật độ cao sang vùng có mật độ thấp hơn: 3 2 dn dp 1 J = q.D J = −q.D 4 electron diff ( n ) n dx diff ( p ) p dx 5 2 2 3 1 DP’ Dn [m /sec] - là hệ số khuếch tán củalỗ trống; điệntử 4 electron dp/dx, dn/dx gradient nồng độ lỗ trống và điệntử tự do 5 E ƒ Dòng diện trôi (Dòng điệncuốn): Dòng chuyểndịch của các hạt tải điện do tác động của điệntrường E: Jdriff =Jdriff(n) + Jdriff(p) = σ.E = q(nμn + pμp).E GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  23. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 5. Dòng điện trong chấtbándẫn(2) ƒ Dòng tổng cộng trong chấtbándẫn: J = Jdriff + Jdiff = Jn + Jp dn dp J = J + J = qnμ E + qD J = J + J = qpμ E − qD n driff (n) diff ()n n n dx p driff ( p) diff ()p p p dx ƒ “Einstein Relation”: Độ linh động μ và hệ số khuếch tán D đượcxác theo mô hình vậtlýdựatrêncơ sở mộtsố lượng lớnhạttảichịunhững chuyển động nhiệtngẫu nhiên vớisự va chạmthường xuyên, 2 hằng số này tỉ lệ với nhau theo “Einstein Relation” như sau: D kT = μ q ƒ Điện áp nhiệt “Thermal Voltage”: kT -23 0 V = k - hằng số Boltzmann, k =1,38.10 [J/ K] th q q [C] – điện tích hạttải, T [0K ] GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  24. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 6. Độ dẫn điệncủachấtbándẫn ƒ Độ dẫn điệncủachấtbándẫnkhicócả 2 hạttải điệnthamgia: σ = q(nμn + pμp) -1 ƒ Vớibándẫnloại n, n>>p, độ dẫn điệnlà: σn = qNDμn [(Ω.m) ] -1 ƒ Vớibándẫnloại p, p>>n, độ dẫn điệnlà: σp = qNAμp [(Ω.m) ] ƒ Tạpchất càng nhiềuthìđiệntrở suấtcànggiảm, tuy nhiên độ linh động μnvà μp lạigiảmkhinồng độ chấtphatạptăng, như vậycơ chế dẫn điện trong vùng pha tạpmạnh tương đốiphứctạp ƒ Nồng độ giớihạn các nguyên tử tạpchấtmuốn đưa vào tinh thể bán dẫn đượcquyết định bởigiớihạnhòatan củatạpchất ấy. Nếuvượtquá giớihạnnàythìhiệntượng kếttủasẽ xảyra, khiđótạpchấtsẽ không còncócáctínhchấtnhư mong muốnnữa GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1
  25. BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tổng kết ƒ Chấtbándẫnthuần, không thuần ƒ Hàm phân bố Fermi-Dirac, MứcFermi ƒ Nồng độ hạttải trong chấtbándẫn: 2 2 (EFi −EF )/ kT ( E F − E Fi ) / kT n. p = n i = p i p = nie n = ni e ƒ MứcFermi trongchấtbándẫnthayđổitheonồng độ pha tạp ƒ Chấtbándẫnthuầncóđộ dẫn điệnnhỏ, chấtbándẫn không thuần độ dẫn điệnlớn σ = q (n.μ n + q.μ q ) dn dp J = J + J = qnμ E + qD J = J + J = qpμ E − qD n driff (n) diff ()n n n dx p driff ( p) diff ()p p p dx kT kT kT J = J + J D = μ D = μ V = n p n n q p p q th q GIẢNG VIÊN: ThS. TrầnThụcLinh www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: Kỹ thuật điệntử - KHOA KTĐT1