›
›

Bài giảng Vật liệu điện - Điện tử - Chương: Vật liệu bán dẫn - Phạm Xuân Hổ

pdf 81 trang ngocly 190
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật liệu điện - Điện tử - Chương: Vật liệu bán dẫn - Phạm Xuân Hổ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_vat_lieu_dien_dien_tu_chuong_vat_lieu_ban_dan_pham.pdf

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu điện - Điện tử - Chương: Vật liệu bán dẫn - Phạm Xuân Hổ

  1. BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO KHOA ÑIEÄN TÖÛ ÑH Sö Phaïm Kyõ Thuaät TP.HCM Boä Moân KYÕ Thuaät Ñieän Töû VAÄT LIEÄU ÑIEÄN - ÑIEÄN TÖÛ (VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN) Thöïc hieän: ThS. Phaïm Xuaân Hoå
  2. KHAÙÍ QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Phaân bieät caùc chaát baùn daãn, daãn ñieän vaø caùch ñieän : Taàng daãn Caáu truùc nguyeân töû cuûa germanium ; silicon . Wg Wg Vuøng caám Chaát caùch ñieän Chaát baùn daãn Chaát daãn ñieän Taàng hoùa trò Ñôn chaát Hôïp chaát Baùn Nguyeân toá Ng/toá nhoùm daãn III V nhoùm IV A B GaAs thuaàn Ge vaø Si AIIBVI CdS
  3. KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Caáu truùc maïng tinh theå baùn daãn thuaàn : Lieân NGUYEÂN keát TÖÛ hoùa hoïc OÂ cô baûn trong caáu truùc maïng tinh theå OÂ cô sôû Ge vaø Si Si coù a = 5,43 A0 OÂ cô sôû cuûa GaAs Maïng baùn daãn thuaàn coù a= 5,65A0
  4. KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn thuaàn : E Electron töï do Loã troáng Ñieän daãn suaát : σ = ni .e.(μ N + μ P )
  5. KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN
  6. KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Maät ñoä ñieän tích ni phuï thuoäc raát nhieàu vaøo nhieät ñoä → Aûnh höôûng ñeán tính chaát daãn ñieän cuûa baùn daãn : 3 Wg Wg 3 − 3 − ⎛2.π.k.T⎞2 # # 2.k.T n =2⎜ ⎟ . m .m 4.e = 2 2.k.T i ⎝ h 2 ⎠ ( N P) AT .e k : Haèng soá Boltzmann = 1,38.10-23 (J/0K) ; e = 1,602.10-19C h ; Haèng soá Planck = 6,625.10-34 (Js) ; m = 9,108.10-31 Kg # mN : Si = 0,98m ; Ge = 1,64m ; GaAs = 0,067m # mP : Si = 0.49m ; Ge = 0,28m ; GaAs = 0,45m Wg (eV) α (eV/0K) β (0K) α 2 (0) .T Si 1,17 4,37.10 - 4 636 Wg(T ) = Wg(0) − - 4 T + β Ge 0,74 4,77.10 235 - 4 GaAs 1,519 5,40.10 204
  7. KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn loaïi N : E P Electron töï do Loã troáng P P P Ñieän daãn suaát : σ = nd .e.μ N
  8. KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn loaïi P : E B Electron töï do B Loã troáng B B B Ñieän daãn suaát : σ = na .e.μ P
  9. TIEÁP XUÙC P/N Haït taûi ña soá Haït taûi ña soá Haït Haït taûi E taûi thieåu thieåu soá soá Baùn daãn loaïi N Baùn daãn loaïi P 1 UTX 2 ⎡ 2.ε .Na .U 0 ⎤ kT N .N d N = ⎢ ⎥ = = a d ( + ) UTX U 0 ln 2 ⎣e.Nd . Na Nd ⎦ d 1 e ni P d N ⎡ 2.ε .N .U ⎤ 2 = d 0 ε = εr ε0 d N Na d P ⎢ ⎥ = ⎣e.Na .(Na + Nd )⎦ 7 d N 1 10 −12 P d 2 ε = = ⎡2.ε Na + Nd ⎤ 0 2 8,856.10 F / m d = d + d = U 4.π .c N P ⎢ 0 ⎥ ⎣ e Na .Nd ⎦
  10. TIEÁP XUÙC P/N
  11. TIEÁP XUÙC P/N Haït Doøng haït thieåu soá I0 EN Haït Haït taûi ña soá Haït taûi ña soá taûi taûi thieåu thieåu soá I0 soá E Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N ⎛ D D ⎞ Maät ñoä doøng J = e.n2 ⎜ P + N ⎟ (A/ m2 ) baõo hoøa ngöôïc 0 i ⎜ ⎟ ⎝ LP Nd LN Na ⎠
  12. TIEÁP XUÙC P/N
  13. TIEÁP XUÙC P/N EN Haït Doøng daãn thuaän I Haït Haït taûi ña soá D Haït taûi ña soá taûi taûi thieåu thieåu soá soá E ID Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N e.U U D Doøng ñieän daãn thuaän k.T η .VT qua tieáp xuùc I = I 0 .e = I0 .e η : heä soá ñieàu chænh 1 < η <2
  14. TIEÁP XUÙC P/N
  15. TIEÁP XUÙC P/N Moät soá coâng thöùc quan troïng cuûa tieáp xuùc P/N : ⎛ e.U ⎞ ⎛ e.U ⎞ Quan heä giöõa haït P = N = P .exp⎜ 0 ⎟; N = N = N .exp⎜ 0 ⎟ ña soá vaø thieåu soá P a N N d P ⎝ k.T ⎠ ⎝ k.T ⎠ 1 ⎡ ε ⎤ 2 −1 Ñieän dung rieâng cuûa ε .e.Na .Nd 2 2 CJ = = ⎢ ⎥ .U J (F / m ) vuøng troáng CJ= C/s d N + d P ⎣2.(Na + Nd )⎦ e.N .N + : pc nghòch Ñieän aùp treân tieáp U = U ±U = a d d 2 xuùc khi tieáp xuùc J 0 2.ε .(Na + Nd ) -: pc thuaän ⎛ UD .e ⎞ Doøng qua tieáp xuùc ⎜ η.k.T ⎟ UD (+) khi pc thuaän I = I0 . e −1 theo höôùng töø P→N ⎜ ⎟ U (-) khi pc nghòch ⎝ ⎠ D
  16. DIODE BAÙN DAÃN Maët gheùp Anode Cathode Caáu taïo : PN coù höôùng töø N töø P N höôùng coù Ñieän tröôøng tieáp xuùc Vuøng ngheøo Anode (A) Cathode (K) ID Kyù hieäu : Thöïc teá : vaøi chuïc mA VBR UAK 0v Ñaëc tuyeán : 0,6v 0,7v Ñieän aùp I0 ñaùnh 1 2 thuûng Ñoaïn phaân cöïc nghòch Ñoaïn phaân cöïc thuaän - + + - A K A K Ñaëc tuyeán Voân-Ampe 1 Phaân cöïc thuaän: chöa daãn ñieån hình cuûa Diode 2 Phaân cöïc thuaän: daãn
  17. TIEÁP XUÙC P/N Hieän töôïng ñaùnh thuûng tieáp giaùp P/N : - + Ñaùnh thuûng thaùc luõ : Do haït A K Ñoaïn phaân cöïc nghòch thieåu soá taêng toác theo ñieän aùp Vz UAK 0v .6 .7 gaây ion hoùa caùc nguyeân töû + - A K qua va chaïm → doøng thaùc luõ. Vuøng Zener Ñoaïn phaân cöïc thuaän Vuøng thaùc luõ (Vz) giaûm gaàn Izmax truïc tung khi taêng caùc kích Ñaëc tuyeán giôùi haïn thích trong lôùp P vaø N coâng suaát Ñaùnh thuûng xuyeân haàm : Khi maät ñoä tap chaát trong baùn daãn taêng → E lôùn gaây ra hieäu öùng xuyeân haàm loâi keùo caùc e- TX trong vuøng hoùa trò cuûa lôùp P vöôït qua U chaûy sang lôùp N TX Ñaùnh thuûng nhieät : Xaûy ra do tích luõy nhieät trong vuøng tieáp xuùc vöôït quaù giôùi haïn → Hö hoûng vónh vieãn tieáp xuùc
  18. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Diode chænh löu : coù maët tieáp xuùc lôùn chòu doøng taûi → cao thöôøng duøng naén doøng AC DC Diode taùch soùng : söû duïng tieáp xuùc ñieåm ñeå ñieän dung → beù laøm vieäc ôû taàn soá cao Diode Zener : thöôøng baèng vaät lieäu Si chòu nhieät vaø toûa nhieät toát hoïat ñoäng chuû yeáu vuøng zener töø (1,8 ÷ 200)V Diode bieán dung : coù lôùp tieáp xuùc ñaëc bieät ñeå dieän → dung khaù tuyeán tính vôùi ñieän aùp ngöôïc taïo soùng ñieàu taàn deå ñieàu chænh taàn soá coäâng höôûng Diode phaùt quang : thöôøng duøng baùn daãn hôïp chaát coù möùc Wg thay ñoåi ñieàu chænh ñöôïc theo noàng ñoä taïp chaát, söû duïng yeáu toá phaùt saùng böôùc soùng λ nhìn thaáy ñöôïc - khi phaân cöïc thuaän coù söï taùi hôïp e vaø loã troáng
  19. DIODE BAÙN DAÃN Aûnh höôûng cuûa ñieän dung diode : → = 1 Taàn soá cao XC nhoû gaây ngaén maïch X C π 2. . f .t Taàn soá thaáp → XC lôùn gaàn nhö hôû maïch CJ : Ñieän dung tieáp xuùc : CJ = ε.A/d . Aûnh höôûng lôùn khi diode chöa daãn C0 = CJ +CD CD = dQ/dV. Ñieän dung khueách taùn do ñieän tích phun vaøo vuøng baùn daãõn khi diode daãn RD rB Maïch thay theá Diode tính ñeán ñieän dung: C0 Maïch thay theá Diode taàn soá cao : C hay C 1 J D ω = ⇒ ω 2 = Khaéc phuïc aønh höôûng cuûa C L. L.C. 1 C.ω → Duøng L maéc // diode
  20. DIODE BAÙN DAÃN Aønh höôûng cuûa thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc: Khi maïch chuyeån töø thôøi gian daãn sang ngöng daãn do caùc haït ñieän tích coøn löu laïi Thôøi gian suy giaûm t + ôû N vaø – ôû P caàn thôøi gian trôû veà traïng t thaùi ban ñaàu → giôùi haïn taàn soá laøm vieäc Thôøi gian duy trì tS Thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc t rr Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä: Nhieät ñoä aûnh höôûng thay ñoåi maät ñoä Doøng laøm vieäc ñieän tích ni , ñoàng thôøi laøm thay ñoåi ñieän aùp tieáp xuùc U0 vaø doøng ngöôïc baõo hoøa J0 Suït aùp treân Diode → Diode ñöôïc öùng duïng laøm caûm bieán nhieät
  21. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN
  22. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Diode chænh löu Caùc loïai diode daùn DIODE Diode chænh löu caàu Diode coâng suaát lôùn
  23. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Diode Zener Light Emitting Diode + − Led Diode taùch soùng Varicap diode Photo diode
  24. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Gioáng nhö Diode, LED (Light Emitting Diode – Diode phaùt quang) chæ daãn ñieän theo moät chieàu töø A → K (chieàu thuaän) vaø khi xuaát hieän doøng ñieän thuaän (I ) thì LED phaùt saùng. Khi doøng F ñieän thuaän qua LED khoaûng 20mA thì LED ñaït ñoä saùng bình thöôøng, luùc naøy ñieän aùp thuaän U khoaûng vaøi V tuyø theo maøu F saéc aùnh saùng. Loaïi LED Böôùc soùng Ñieän aùp UF khi doøng qua aùnh saùng LED khoaûng 20mA Ñoû 650nm 1,6 → 1,8V Cam 635nm 2V Vaøng 585nm 2,2V Xanh laù caây 565nm 2,4V Xanh da trôøi 470nm 3V
  25. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Nguyeân lyù phaùt saùng cuûa LED :
  26. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN
  27. CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN Phương thức Ưu điểm Nhược điểm Red + green + blue _Thao tác dễ dàng Đòi hỏi các thao tác _Màu sắc rõ ràng phức tạp _Gam màu rộng Thiếu màu lục và vàng UV + RGB Phosphor _Màu sắc rõ ràng Phosphors phụ thu ộc _Photphors xác định vào nhiệt độ nhiệt độ ban đầu của Việc sử dụng phosphors màu sắc. có hiệu quả không cao _Về lý thuyết thì chế Điện thế bị hao hụt bởi tạo đơn giản. sự rò rỉ của tia cực tím Blue+Yellow Phosphor _Màu sắc đẹp Phosphors phụ thuộc _Việc chế tạo tương vào nhiệt độ đối đơn giản Việc sử dụng phosphor có hiệu quả không cao
  28. PHOÁI HÔÏP MAØU Phoái hôïp caùc maøu phaùt saùng cuûa LED : Wavelength Semiconductor Color Name (Nanometers) Composition Infrared 880 GaAlAs/GaAs Ultra Red 660 GaAlAs/GaAlAs Super Red 633 AlGaInP Super Orange 612 AlGaInP Orange 605 GaAsP/GaP Yellow 585 GaAsP/GaP Incandescent 4500K (CT) InGaN/SiC White Pale White 6500K (CT) InGaN/SiC Cool White 8000K (CT) InGaN/SiC Pure Green 555 GaP/GaP Super Blue 470 GaN/SiC Blue Violet 430 GaN/SiC Ultraviolet 395 InGaN/SiC
  29. VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN QUANG VAÄT LIEÄU Wg(eV) VAÄT LIEÄU Wg(eV) AlXIn1-XP 1,351+2,23x GaXIn1-XAs 0,36+1,064x 0,172+0,139x+0, Al Ga As 1,424+1,247x Ga In Sb X 1-X X 1-X 145x2 0,36+2,012x 1,424+1,15x Al In As GaP As X 1-X +0,698x2 X 1-X +0,176x2 0.726+1,129x+0, 0,726+0,502x+1, Al Ga Sb GaAs Sb X 1-X 368x2 X 1-X 2x2 0,172+1,621x+0, 0,36+0,891x Al In Sb InP AS X 1-X 43x2 X 1-X +0,101x2 1,351+0,643x+0, 0,18+0,41x Ga In P InAs Sb X 1-X 786x2 X 1-X +0,58x2 −34 8 hc.1,24(6,625.10Js) .( 3.10 m / s) λ == = ()μm −19 Wg Wg().1,602.10 eV ()J Wg() eV
  30. QUANG PHOÅ ÑIEÄN TÖØ
  31. Caùc linh kieän baùn daãn TO-126 FM TO-92 TO-3 MOD TO-126 TO-92 MOD C B C B E C E E E C B B E C TO-220FM B TO-3PFM TO-3P TO-220CFM TO-220AB B C E B C E B B C C E E
  32. Caùc linh kieän baùn daãn
  33. BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS) NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG: EN ICBO E C IE IC IE IC IB B IB
  34. JFET (JUNCTION FET) CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU: Drain(D) Drain(D ) Keânh P Keânh N N P N P N P Gate (G) Gate (G) Vuøng Source(S) Vuøng ngheøo ngheøo Source(S) D D ID G G ID V GS VGS S S
  35. JFET (JUNCTION FET) 2 NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG: ⎛⎞VGS IIDDSS=−⎜⎟1 ⎝⎠VP I (mA) D ID D VGS = 0V IDSS 8 7 + 6 VDD 5 VGS = -1V G P P 4 Keânh 3 VGS e e VGS = -2V Ne 2 e V GS 1 VGS = -3V V VDS S IS P -4 0 -3 -2 -1 VP ID = 0mA VGS = -4V
  36. MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET) CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU D_MOSFET: SiO SiO 2 2 D D P Keânh Daãn P N Keânh Daãn N G Ñeá N G Ñeá P SS SS P N S S D D D D G G G G SS SS SS S S S S
  37. D_MOSFET (DEPLETION MOSFET) 2 ⎛⎞VGS IIDD=+SS⎜⎟1 ID V D ⎝⎠P RD ID(mA) VGS > 0V N Keânh N + V = 0V I GS +e + DSS 8 G e V 7 + Ñeá P DD +e SS 6 VV <> 00VV + 5 VGSGSGS= 0V VGS = -1V N 4 3 S V = -2V 2 GS IS V GS 1 VGS = -3V V VP DS -4 0 -3 -2 -1 VP ID = 0mA VGS = -4V
  38. E_MOSFET (ENHANCEMENT MOSFET) CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU E_MOSFET: SiO SiO 2 2 D D P N G Ñeá N G Ñeá P SS SS P N S S D D D D G G G G SS SS S S S S
  39. E_MOSFET (ENHANCEMENT MOSFET) 2 ID I =−kV V D DG( ST) RD N ID(mA) ID(mA) e e 8 8 e + G V 7 7 VGS = 10V e Ñeá P DD e SS 6 6 e e VVGSGS=> 0V0V 5 5 VGS = 8V N 4 4 3 3 S V = 6V 2 2 GS IS 1 V 1 VGS = 4V 0 T 0 V 2 4 6 8 DS VGS
  40. UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR) CAÁU TAÏO KYÙ HIEÄU VAØ NGUYEÂN LYÙ: V EB1 B2 B2 IBB A Vp=Va+0,6 RB2 Vuøng R aâm D + Va E VBB E P B VE RB1 Va N Vv Vuøng daãn baõo hoøa B1 Vuøng ngaét I (mA) 0 E B1 B1 IE0 Ip Iv E B1
  41. CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU OPAMP Vi + Vi -
  42. CAÁU TAÏO OPAMP KÑ VI SAI GÖÔNG KÑ DOØNG COÂNG KÑ ÑIEÄN SUAÁT VI SAI TAÀNG THUÙC THUÙC GÖÔNG DOØNG ÑIEÄN KÑ COÂNG SUAÁT
  43. CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU OPAMP Output 1
  44. CHEÁ TAÏO CAÙC BOÄ VI MAÏCH
  45. HIEÄU ÖÙNG HALL
  46. HIEÄU ÖÙNG HALL Bz E 1 θH Y RH = = − - - Ey- - - JX .BZ Nd.e Ix E + UH F Ex + + + + + EY 1 RH = = J X .BZ Na .e E pnμμ22− R = Y = PN H JB. 2 XZ ep()μμPN+ n
  47. HIEÄU ÖÙNG HALL Bz F = e.Vx.Bz = e.Ey ⇒ Ey = Vx.Bz θH Ey Jx = Na.e.Vx hay Jx = -Nd .e.V x Ix - - - -E - + UH F Ex 1 1 EY = JX .BZ E = − J .B + + + + + N .e Y X Z a Nd .e E 1 E 1 Y = Y = − RH = = RH JX .BZ Na.e J X .BZ Nd .e EY VX .BZ VX J X σ tgθH = = = μ.BZ ⇒ μ = = . = RH .σ EX EX EX Na.e J X EY VX .BZ VX J X σ tgθH = = = μ.BZ ⇒ μ = = − . = RH .σ EX EX EX Nd .e J X
  48. ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL
  49. ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL
  50. ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL
  51. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁÁU TRUÙCÙ OÁNGÁ NANO CARBON (CNT) CNT Coù daïng hình trụ rỗng cuoân laïi töø maïng graphit, bao gồm CNT một lớp (SWCNT) hoặc CNT nhiều lớp (MWCNT) laø caùc nguyeântöû carbon lieân keát
  52. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁUÁ TRUÙCÙ OÁNGÁ NANO CARBON (CNT) :
  53. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁÁU TRUÙCÙ OÁNGÁ NANO CARBON (CNT) Gọi θ là góc giữa vectơ Ch và a1: 0 -Nếu n=0 ho ặc m = 0: θ = 0 , CNT có dạng zig-zag 0 -Nếu n=m: θ =30 , CNT có c ấu trúc dạng armchair 0 0 -Tất cả các CNT khác có góc chiral 0 <θ<30 được gọi là CNT dạng Chiral
  54. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Thực tế, caùc nguyeân tử carbon tự kết nối lại với nhau để hình thaønh nhiều loại ống. Cấu truùc của CNT được moâ tả bằng vector Ch, biểu diễn chu vi toøan ống uur ur uur 2 Cnamabach =+12 −4 Trong đó: a1, a2 là các vector đơn vị trong mạng sáu cạnh n, m là các số nguyên 0 ≤≤mn Đối với CNT, cấu trúc dọc theo trục ống là vĩ mô, nhưng theo hướng chu vi ống là kích thước nguyên tử Sự chồng chất bằng vectơ Chiral Ch dẫn đến những điều kiện biên tuần hoàn theo hướng chu vi
  55. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Trong graphen, vùng liên kết π và vùng liên kết đối π* được tạo thành từ sự phủ lên nhau gi ữa 2p của các nguyên tử cạnh nhau Trạng thái nă ng lượng 2-D (W2D) của các điện tửπ trong mặt phẳng graphen như là hàm của vevtor sóng kx và ky: 1 ⎡ ⎤2 3kax kayy2 ka Wkk20Dxy(, )=±γ ⎢ 14cos( + )cos()4cos(+ )⎥ ⎣ 22 2⎦ Trong đó: γ0 biểu thị tích phân phủ gần nhất a = 0,246 nm là hằng số mạng trong mặt phẳng. Dấu “±” biểu diễn vùng π và π*
  56. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Xét CNT armchair, trục ống là như nhau theo hướng x, chu vi biểu diễn hướng y và điều kiện biên tuần hoàn thu được các giá trị cho phép các vector sóng theo hướng chu vi là: j 2π k yj, = Với qnmy = = q y 3a Do đó, CNT armchair biểu thị tính chất kim loại
  57. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Đối với ống CNT chiral, zig-zag, điều kiện biên tuần j 2π k = hoàn nhận được các giá trị cho phép các vectơ sóng theo: xj, qax Cho nên ống dạng này bi ểu thị tính bán dẫn. Tóm lại, tính chất bán dẫn hay kim loạ i của CNT được điều khiển bằng vector Ch hay bằng quan hệ của m và n. Khi nm−=3 qHoặc mn= : CNT là kim loại Khi nm−≠3 q CNT là bán dẫn (q là số nguyên)
  58. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO Tính chất cơ: CNT là vật liệu siêu nhẹ, siêu bền, siêu cứng, nhẹ hơn thép 6 lần và bền hơn thép 100 lần. Khối lượng riêng khoảng 1,4 g/cm3 Tính chất nhiệt: Độ bền nhiệt của CNT rất lớn, trong chân không CNT vẫn bền ở 2800oC, trong không khí vẫn bền tới 750oC Tính chất điệ n: Điện trở suaát của ống nano carbon vaøo cỡ 10-4Ω/cm ở 270C, mật độ doøng điện trong ống lớn hơn 107A/cm2, lyùthuyết dự kieán lớn hơn 1013A/cm2. Phöông phaùp cheá taïo: Hieän nay ngöôøi ta cheá taïo CNT baèng nhieàu phöông phaùp nhö: Phoùng ñieän hoà quang coù vaø khoâng coù CoBan, pp duøng Lazer, pp nghieàn bi , pp toång hôïp töø ngoïn löûa hay pp bay hôi laéng ñoïng. ÖÙng duïng CNT: CNT ñöôïc öùng duïng saûn xuaát caùc linh kieän ñieän töû nhö vi maïch, vi xöû lyù.v.v. öùng duïng trong coâng ngheä sinh hoïc, vaät lieäu toång hôïp vaø nhieàu ngaønh khoa hoïc khaùc.
  59. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO ÖÙNG DUÏÏNG (CNT) SAÛNÛ XUAÁÁT LINH KIEÄNÄ ÑIEÄÄN TÖÛ:
  60. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO ÖÙNG DUÏÏNG (CNT) SAÛNÛ XUAÁÁT LINH KIEÄNÄ ÑIEÄÄN TÖÛ: CNTFET cổng sau được giới thiệu vào năm 1998, CNT chỉ đơn giản đặt trên các điện cực nên các đường đặc trưng của nó tương đối xấu, điện trở tiếp xúc lớn. Việc chọn kiểu daùng hình học của linh kiện tốt hơn giuùp cho söï hoạt động tốt hơn. CNTFET cổng tröôùc tăng điện trường vaø laøm giảm điện trở tiếp xuùc.
  61. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO ÖÙNG DUÏÏNG (CNT) SAÛNÛ XUAÁÁT LINH KIEÄNÄ ÑIEÄÄN TÖÛ: CNTFET thẳng đứng : Cấu trúc này có cực cổng bao xung quanh được giớ i thiệu bởi Choi và cộng sự vào năm 2004. Kích thước của transistor có thể nhỏ bằng đường kính của CNT Các bướ c chế tạo: Sự hình thành lỗ nanô bằng cách xử lý anốt, tiếp theo là tổng hợp CNT, hình thành điện cực kim loại, sự lấy mẫu và lắng đọng lớp ôxít và cuối cùng là hình thành điện cực cổng Mỗi giao điểm của cực ngu ồn và máng với một CNT đơn thẳng đứng tương ứng với mỗi transistor.
  62. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNTFET: Schottky Barrier CNT-FET Doped reservoir CNT-FET Minh họa sơ đồ khối SB-CNTFET và MOS-CNTFET. Transistor này có bề dày lớp ôxít cổng ZrO2 là 2 nm, hằng số điện môi là 25. Kênh dẫn là một CNT loại zig-zag (13,0) có d=1nm và năng lượng vùng cấ m Eg=0.8eV
  63. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNTFET: Nguyên lý hoạt động cơ bản của CNTFET giống như của MOSFET, các điện tử được cung cấp bởi cực nguồn và cực máng sẽ thu điện tử. Cực cổng sẽ điều khiển mật độ dòng điện chảy trong kênh dẫn. Có thể chia ra làm 2 dạng SB-CNTFET và MOS-CNTFET
  64. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNTFET: SB-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm trực tiếp qua rào Schottky, độ rộng của rào được điều chỉnh bởi điện thế tại cực cổng. SB-CNTFET tiêu biểu là loại p, khi thế cực c ổng âm, độ rộng của rào sẽ giảm cho phép các lỗ trống từ cực nguồn vào vùng hoá trị c ủa kênh dẫn và băng qua cực máng MOS-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm từ dải đến dải. Chiều cao của rào được điều chỉnh bởi thế cự c cổng, một rào thế tĩnh điện sẽ ngăn dòng điện chảy trong kênh dẫn. Khi điệ n thế cực cổng dương, nó sẽ đẩy rào này xuống và cho phép dòng điện chảy qua
  65. BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNTFET: Dòng điện ID của CNTFET được xác định bởi: IdETEfEEfEE=−−−. ⎡ ⎤ DF∫ ( ) ⎣ ( S) ( FD)⎦ Với: T(E) là hệ số truyền dẫn từ nguồn tới máng (0<T(E)<1) E FS, EFD là mứ c n ăng lượng Fermi tại cực nguồn, máng Đới với SB-CNTFET, dòng rò nhỏ nhất ước tính được khi dòng điện của lỗ trống và điện tử là bằng nhau. 8ekB T ⎛⎞EqVGDS− ITED =−()exp⎜⎟ hk⎝⎠2 BT
  66. TÍNH CHAÁT CÔ HOÏC CUÛA OÁNG NANO CARBON Khối lượng riêng Độ bền gấp 20 lần thép siêu bền Hệ số Young
  67. TÍNH CHAÁT NHIEÄT VAØ ÑIEÄN CUÛA CNT Điện trở suất CNTs Độ bền CNTs theo mật độ dòng So sánh dẫn nhiệt Độ bền nhiệt trong của CNTs chân không lên tới 2800oC
  68. ÖÙNG DUÏNG COÂNG NGHEÄ NANO SÔNBOÙNG NANO ÑEØN VAØ NASÔN NO THÖÔØNG TÍ HON
  69. ÖÙNG DUÏNG COÂNG NGHEÄ NANO PIN TEÁ BAØO NANO CHÆ COÙ 9mm3 VEÄ TINH PICO
  70. HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ CHEÁ TAÏO CNTS Sơ đồ hệ thiết bị tạo CNTs bằng phương pháp CVD
  71. CAÙP SÔÏI QUANG Sợi quang dẫn là một hệ thống dẫn sáng hình trụ, trong đó ánh sáng được truyền dẫn nhờ có sự phản xạ toàn phần LÔÙP PHAÛN QUANG (CLADDING) a VOÛ BOÏC LOÕI TRUYEÀN SOÙNG (CORE)
  72. CAÙP SÔÏI QUANG Cáp quang gồm các phần sau: Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi Cladding : Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở l ại vào lõi. Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp quang.Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài củ a cáp được gọi là jacket
  73. CAÙP SÔÏI QUANG Mô hình đề xuất chíp nền silicon sử dùng hoàn toàn đường dẫn quang học Mô phỏng quáCấutrình trúc hobênạ ttrong động ccủủaa bđườộ ng dẫn sóng trong bđộiề đui ềchu ếchquangế quang họ ch ọ(IBM)c (IBM)
  74. CAÙP SÔÏI QUANG So sánh Cáp kim loại Cáp quang Tốc độ truyền dẫn Dòng electron chuyển Sóng ánh sáng truyền dẫn rất động chậm nhanh Chất lượng truyền Dễ bị nhiễu do sóng điện Không bị nhiễu sóng điện từ dẫn từ tác động , hao hụt điện và hao hụt của sóng ánh sáng năng trong dây dẫn nhiều hầu như không đáng kể Dung lượng truyền Hạn chế Có thể gấp 2.000 lần cáp đồng. dẫn cùng 1 tiết diện Suy giảm tín hiêu cao Độ suy giảm tín hiệu thấp Độ bền vững trong Dễ bị oxy hóa trong môi Không b ị oxy hóa trong môi môi trường tự nhiên trường tự nhiên trường tự nhiên An toàn cho con Dễ mất an toàn khi cáp Không ảnh hưởng gì đến sức người đang truyền dẫn điện nếu khỏe con người và môi trường bọc cách điện không tốt Không cháy, không có điện. Giá cả, Đầu tư Giá cao và tốc độ tăng giá Giá rẻ và ngày càng rẻ hơn. rất nhanh. Thiết bị đìkèm rất đắt tiền
  75. CAÙP SÔÏI QUANG Măng xông quang: Dây nhảy quang: OTDR: thiết bị kiểm tra Boä duïng cuï vaø maùy haøn caùp quang
  76. CAÙP SÔÏI QUANG * Cáp được bóc tách lớp vỏ sắt và vỏ nhựa. Phần bên trong được làm sạch b ằng hóa chất. Sau đó, cáp m ới và cáp cũ được nối với thiết bị đo trong phòng thí nghiệm trên tàu để kiểm tra sự tương thích với cáp quang bị đứt khi hàn 02 đầu của một cuộn cáp người ta làm như sau : 1/ Lột bỏ các lớp bảo vệ ra, tách các sợi quang ra riêng rẽ. 2/ làm sạch đầ u từng sợi mộ t rồi đút từng cặp đầu vô máy hàn. 3/ Máy sẽ hàn lại rồi kẹp mối hàn với một cây sắt nhỏ bằng một ống nhựa nhỏ , thổi hơi nóng để ống co lại kẹp kỹ mối hàn. 4/đo kiểm 5/ lặp lại các bước từ 2-4 cho tất cả các sợi. 6/ làm gọn lại rồi bỏ hế t vô một cái h ộp (nếu treo) hoặc măng xông (nếu chôn) xong lại thả xuống lại.
  77. CAÙP SÔÏI QUANG
  78. CAÙP SÔÏI QUANG CÁP CHÔN TRỰC TIẾP PHI KIM LOẠI CÁP ĐI CỐNG KIM LOẠI OJPFJFLAP- OJPFJFEKE-LT9/125-*C (VINA- GSC) LT 9/125 *C (VINA- GSC)
  79. CAÙP SÔÏI QUANG CÁP CHÔN TRỰC TIẾP KIM LOẠI CÁP TREO KIM LOẠI OJPFJFLAPSS- OJFPIFLAPSP-LT9/125-*C (VINA-GSC) LT 9/125 *C (VINA-GSC)
  80. CAÙP SÔÏI QUANG ™CÁP THẢ SÔNG (VINA-GSC)
  81. CAÙP SÔÏI QUANG n2 TIA KHUÙC XAÏ i t ipx θM n0 n1 a TIA PHAÛN XAÏ TOAØN PHAÀN ⎛⎞n2 Goùc khuùc xaï tôùi haïn : iKX max = arcsin⎜⎟ ⎝⎠n1 NA = Sin (θMAX) 22 Goùc phaûn xaï tôùi haïn : innPX max =−arcsin() 1 ( 2 ) ÑK: n1 > N2 1 22 Goùc nhaän tôùi haïn : θmax =−arcsin()nn 1 ( 2 ) ()n0