Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn (Phần 2)

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 5: Bán dẫn (Phần 2) cung cấp cho học viên những kiến thức về lớp chuyển tiếp p – n; điện tích không gian, hàng rào điện thế, điện thế tiếp xúc; sự phân cực của lớp chuyển tiếp p-n;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

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

Chương 5 Bán dẫn

1 Sơ lược về tính chất của bán dẫn.

2 Bán dẫn tinh khiết.

3 Bán dẫn pha tạp.

4 Hiệu ứng Hall trong bán dẫn (seminar).

5 Lớp chuyển tiếp p – n

5 Lớp chuyển tiếp p-n

• Điện tích không gian Hàng rào điện thế

pp=na+pi≈ Na

np=ni<<pp n pn n=p =pd i<<n +pi≈ Nn d

∆𝑉 = ∆𝜑 = ∆'(

𝜌* = −𝑒𝑁. = 𝜌/ x

𝜌1 = 𝑒𝑁2 = 𝜌3(x)

𝑁.𝑑* = 𝑁2𝑑1

Điện thế tiếp xúc

Sử dụng phương trình Poisson

∆𝜑 = − 𝜌

𝜀8𝜀

𝜕:𝜑*

𝜕𝑥: = − 𝜌/ 𝑥

𝜀8𝜀 =

𝑒𝑁.

𝜀8𝜀 ; khi −𝑑*< x < 0

𝜕:𝜑1

= − 𝜌3 𝑥 = 𝑒𝑁2 ; khi 0 < x < +𝑑*

−𝐸 = −grad𝜑 hay 𝐸I = − 𝜕𝜑

𝜕𝑥

Điện thế tiếp xúc

Sử dụng phương trình Poisson

𝜕 𝜑*

𝜕𝑥 = 𝑒𝑁.

𝜀8𝜀 𝑥 + 𝐶K;

𝜕 𝜑1

𝜕𝑥 = − 𝑒𝑁2

𝜀8𝜀 𝑥 + 𝐶:;

𝜑* = 𝑒𝑁.

2𝜀8𝜀 𝑥: + 𝐶K𝑥 + 𝐶M

𝜑1 = − 𝑒𝑁.

2𝜀8𝜀 𝑥: + 𝐶:𝑥 + 𝐶N

𝜑* = 𝜑1 khi 𝑥 = 0

𝜕 𝜑*

𝜕𝑥 = 0 khi 𝑥 = −𝑑*

𝜕 𝜑1

= 0 khi 𝑥 = 𝑑

d = 2𝜖𝜀PΔ𝜑P

𝑁2 + 𝑁.

𝑁2𝑁.

5 Lớp chuyển tiếp p-n

𝐸I = − 𝑒𝑁2

𝜀8𝜀 𝑑1 − x ; khi 0 < x < 𝑑1

𝐸I = −𝑒𝑁.

𝜀8𝜀 −𝑑* + x ; khi −𝑑*< x < 0

Phân cực thuận V>0 Phân cực ngược, -V đ <V<0

(V : điện áp đánh thủng)

Sự phân cực của lớp chuyển tiếp p-n

𝑝T = 𝑝*𝑒/

UV W

XYZ

𝑗\*/1 = 𝑗\1/*

Sự phân cực của lớp chuyển tiếp p-n

𝑗\ = 𝑗\*/1−𝑗\1/*= 𝑗\](𝑒

U^

XYZ − 1)

𝑗( = 𝑗(1/*−𝑗(*/1= 𝑗(](𝑒

U^

XYZ − 1)

𝑗 = 𝑗\+𝑗(= 𝑗](𝑒

U^

XYZ − 1)

𝑝′T = 𝑝*𝑒/

U(VW /^)

XYZ = 𝑝1𝑒

U^

XYZ

Phân cực thuận:

𝑗\1/* ∝ 𝑝T

𝑗\*/1 ∝ 𝑝′T

lỗ trống: p sang n

electron: n sang p

Dòng thuận

5 Lớp chuyển tiếp p-n

𝑗\ = 𝑗\*/1−𝑗\1/*= 𝑗\](1 − 𝑒

/U^

XYZ )

𝑗( = 𝑗(1/*−𝑗(*/1= 𝑗(](1 − 𝑒

/U^

XYZ )

𝑝′T = 𝑝*𝑒/

U(VW 3^)

XYZ = 𝑝1𝑒

/U^

XYZ

Phân cực ngược:

𝑗\1/* ∝ 𝑝T

𝑗\*/1 ∝ 𝑝′T

lỗ trống: n sang p

electron: p sang n

5 Lớp chuyển tiếp p-n

⎤

⎢

⎡

−

⎟

⎞

⎜

⎛

= J exp eU 1

• V>0

• 1>>V>0

• V<0

• V<<0

5 Lớp chuyển tiếp p-n

Đặc trưng V-A của lớp chuyển tiếp p-n phân cực thuận

Đặc trưng V-A của lớp chuyển tiếp p-n phân cực ngược