Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn cung cấp cho học viên những kiến thức sơ lược về tính chất của bán dẫn, bán dẫn tinh khiết, bán dẫn pha tạp, hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar),... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

VẬT LÍ CHẤT RẮN

Phạm Đỗ Chung

Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội

136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội

Lớp Y18 – Sư phạm Vật lí

• Nồng độ hạt tải được quyết định bởi nhiệt độ,

điện trường, từ trường ngoài, v…v…

• Thay đổi được loại hạt tải

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

2 Bán dẫn tinh khiết

Cấu trúc vùng năng lượng của Si

7

• Cấu trúc vùng năng lượng của Si

• Electron & lỗ trống

𝑝 = H 𝐷7(𝜖)𝑓7(𝜖)𝑑𝜖

KR

OJ = 2(𝑚7𝑘&𝑇

2𝜋ℏ@ )E/@𝑒K;R2OMN

Định luật Ohm trong bán dẫn

• Điện dẫn suất của bán dẫn phụ thuộc cả hai loại hạt tải:

Bán dẫn loại n

Mức năng lượng donor: E d

Nồng độ hạt tải trong bán dẫn pha tạp

Xét bán dẫn loại n có mật độ tạp chất N d , khi T>0K:

• Số nguyên tử tạp chất bị ion hoá, trở thành ion tạp chất

mang điện dương là: p d

• Số electrôn bứt từ những nguyên tử bị ion hoá chuyển

donor (không dẫn điện)

• p d: nồng độ electron trên dảidẫn có nguồn gốc từ mức donor

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

3 Bán dẫn pha tạp

Phương trình trung hòa

Chúng ta quan tâm tới nồng độ các hạt tải có khả năng

dẫn điện:

• Nồng độ hạt dẫn được tạo ra từ các mức tạp chất: p d

(donor) và n a (acceptor)

• Nồng độ hạt dẫn riêng: p i = n i

Nồng độ electron trên dải dẫn: n=n i + p d

Nồng độ lỗ trống trên dải hóa trị: p = p i + n a

21

Điều kiện về sự trung hòa điện:

n + na = p + pd

Trong điều kiện thường 𝜇 + 𝐸X >> 𝑘&𝑇 nên có thể bỏ

qua nồng độ lỗ trống dẫn điện riêng (p i)

PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018

4 Hiệu ứng Hall trong bán dẫn

27

e ey

ey x

e ex

J

B v E

ne J

B v E

ne J

E v

ex y

e ey

ey x

e ex

( E E B )

ne J

B E E

ne

Jex e x e y

µ µ

µ µ

B E

E pe

Jhx h x h y

µ µ

e

2 2

µ µ

h e

h e

p n

e

p

n R

µ µ

ne E

pe ne

J

x h

e y

h e

y

y h

e x

h e

x

2 2

2 2

µµ

µµ

µµ

µµ

+

−

− +

=

+

− + +

=

V× J y = 0 nªn

( ne µe + pe µh ) Ey = ( − ne µe2 + pe µh2 ) ExB