Tìm hiểu chất bán dẫn dùng chế tạo linh kiện điện tử
Chất bán dẫn là chất mà trong cấu trúc vùng cấm có độ rộng vùng cấm bằng 0G Ỗ < 2 eV . Chất bán dẫn có thực chất : Bo ( B ), Indi ( In ), Gali ( Ga ) ở nhóm 3, Silic ( Si ), Gecmani ( Ge ) ở nhóm 4, Asen ( As ), P, Sb ( Antimon ) ở nhóm 4. nhóm 5, Selen ( Se ), lưu huỳnh ( S ) nhóm 6, … hoặc các hợp chất như đồng clorua ( CuCl ), Asen Canxi CaAs, Đồng oxit CuO, …
Trong kỹ thuật điện tử hiện nay, một số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh thể. Quan trọng nhất là hai yếu tố nước Đức và Silicon.
Bạn đang đọc: Tìm hiểu chất bán dẫn dùng chế tạo linh kiện điện tử
Đặc điểm của cấu trúc mạng tinh thể này là độ dẫn điện rất nhỏ ở nhiệt độ thấp và sẽ tăng theo cấp số nhân khi tăng nhiệt độ và tăng gấp đôi khi thêm ít tạp chất. Vì vậy Đặc tính cơ bản của chất bán dẫn là độ dẫn điện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường và nồng độ tạp chấtngoài ra còn phụ thuộc vào ánh sáng, bức xạ ion hóa …
Mục Lục
– Si. cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn đơn
Mỗi nguyên tử Si link với 4 nguyên tử lân cận
Cấu trúc mạng tinh thể của chất bán dẫn được ghép nối
Bán dẫn ghép đôi : Hợp chất của các nguyên tử thuộc phân nhóm chính nhóm III và phân nhóm chính nhóm V : GaAs, GaP, GaN, v.v.
Chúng có các ứng dụng quan trọng trong các thành phần vi mạch và quang điện tốc độ cao 
Chất bán dẫn có mạng tinh thể chỉ chứa các nguyên tử của một loại nguyên tố, ví dụ điển hình như tinh thể Ge ( germani ) Si ( silic ) tinh khiết …
Ví dụ : tinh thể Si, EGỖ = 1,1 eV ( ở 3000K )
Sự hình thành các lỗ trống và các electron tự do
Ở nhiệt độ phòng một số liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ tạo ra điện tử tự do và lỗ trống
Các lỗ cũng hoàn toàn có thể dẫn điện như các electron tự do
Chất bán dẫn tinh khiết có cùng nồng độ hạt tải điện lỗ trống và hạt tải điện : p = n = ptôi = ntôi
Độ dẫn của chất bán dẫn σ :
- μN – tính linh động của các electron tự do
- μP – tính di động của lỗ
- q – điện tích của êlectron q = 1,6.10-19CŨ
J – tỷ lệ dòng điện khi đặt chất bán dẫn trong điện trường ngoài E :
Thuật ngữ
Nồng độ của các electron tự do trong chất bán dẫn ( Nồng độ electron ) : n [ cm-3 ] – số electron tự do trong một đơn vị chức năng thể tích của chất bán dẫn ( ntôiNN, NP )
Nồng độ lỗ : p [ cm-3 ] – số lỗ trong một đơn vị chức năng thể tích của chất bán dẫn ( ptôiPNPP )
Tính di động của điện tử: μN[cm2/(V.s)] – Là thông số xác định mức độ phân tán của êlectron trong chất bán dẫn, tỷ lệ với
tốc độ khuếch tán điện tử và cường độ trường điện từ, cũng như tỷ lệ giữa nồng độ điện tử và độ dẫn điện của chất bán dẫn
Khả năng chuyển dời lỗ : μP [ cm2 / ( V.s ) ] – Một thông số kỹ thuật xác lập mức độ phân tán lỗ trống trong chất bán dẫn, tỷ suất với tốc độ khuếch tán lỗ trống và cường độ trường điện từ, cũng như tỷ suất giữa nồng độ lỗ trống và độ dẫn điện của vật tư. Chất bán dẫn
Tinh dân điện : [ Ω. m ] – Đầu tiên – tham số đo năng lực dẫn dòng điện qua một đơn vị chức năng vật tư, = 1 / ρ
Tạo sóng mang và tái tổ hợp
Quá trình tạo ra hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết :
- do năng lượng nhiệt “sinh nhiệt”
- do năng lượng quang học “tạo ra quang học”
Quá trình tái tổng hợp giữa êlectron tự do và lỗ trống và giải phóng nguồn năng lượng 2 theo cách :
- Tạo ra nhiệt để làm nóng chất bán dẫn: “tái kết hợp nhiệt”
- Sự phát xạ photon ánh sáng: “sự tái kết hợp quang học” – Sự tái kết hợp quang học rất hiếm khi xảy ra trong các chất bán dẫn Si, Ge nguyên chất, mà chủ yếu xảy ra trong các vật liệu bán dẫn được ghép nối.
Quá trình tạo và tái tổng hợp liên tục xảy ra trong chất bán dẫn, và trạng thái cân đối đạt được khi vận tốc của hai quy trình bằng nhau .
– Tốc độ tạo hạt tải điện phụ thuộc vào vào T nhưng không nhờ vào vào n và p – nồng độ của êlectron tự do và lỗ trống :
G = GỖnhiệt ( T ) + Gquang học
– Trong khi tỉ lệ tái tổng hợp tỉ lệ thuận với cả n và p
R np
– Trạng thái ổn định xảy ra khi tỉ lệ phát sinh và tái tổ hợp cân bằng
G = R ⇒ np = f ( T )
– Trong điều kiện kèm theo không có nguồn quang và nguồn điện trường ngoài, trạng thái dừng được gọi là “ cân đối nhiệt ” .
np = ni2 ( T )
Hàm phân phối Fermi-Dirac
Xét một hệ gồm nhiều hạt giống nhau hoàn toàn có thể nằm trên nhiều mức nguồn năng lượng khác nhau → hàm phân bổ, vì để xét các đặc thù khác nhau của hệ trước hết ta cần biết các hạt này phân bổ như thế nào theo các mức nguồn năng lượng. Số lượng trên như thế nào ?
Xét một hệ gồm N electron tự do nằm ở trạng thái cân đối nhiệt ở nhiệt độ T. Sự phân bổ của các electron đó tuân theo nguyên tắc loại trừ Pauli. Tìm sự phân bổ của các electron theo các mức nguồn năng lượng ?
Áp dụng nguyên tắc ít nguồn năng lượng nhất : “ Xác Suất để một hệ gồm N hạt giống nhau ở trạng thái nguồn năng lượng E tỉ lệ nghịch với E theo exp, đơn cử là :
PĐÀN BÀ ( E ) ~ exp ( – E / kT )
Chất bán dẫn không tinh khiết
Chất bán dẫn trong đó một số nguyên tử ở nút của mạng tinh thể của nó được thay thế bằng các nguyên tử của chất khác được gọi là chất không bán dẫn.
nguyên chất. Có hai loại chất bán dẫn không tinh khiết:
- Chất bán dẫn loại N không tinh khiết – Viết tắt là chất bán dẫn loại N.
- Chất bán dẫn không phải loại P – gọi tắt là Chất bán dẫn loại P.
Bán dẫn loại N
Thêm một chút ít tạp chất là các nguyên tố nhóm 5 ( As, P, Sb … ) vào bán dẫn Ge ( Si ) tinh khiết. Trong nút mạng, nguyên tử tạp chất sẽ đưa 4 electron trong 5 electron hóa trị của nó để tham gia link cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge ( hoặc Si ) ở bên ; còn electron thứ 5 sẽ bị thừa và link của nó trong mạng tinh thể rất yếu, ở nhiệt độ thường nó cũng dễ bị tách ra để trở thành electron tự do trong tinh thể và nguyên tử tạp chất nhường electron để trở thành hạt. các ion dương cố định và thắt chặt
Nồng độ electron tự do trong bán dẫn loại N tăng nhanh, nhưng vận tốc tái tích hợp tăng nhanh, do đó nồng độ lỗ trống giảm xuống nhỏ hơn nồng độ hoàn toàn có thể có trong bán dẫn tinh khiết .
Trong chất bán dẫn loại N, nồng độ hạt tải điện ( nN ) lớn hơn nhiều so với nồng độ lỗ pN và các điện tử được gọi là hạt tải điện hầu hết, lỗ trống được gọi là hạt tải điện thiểu số .
NN >> pN
NN = Phụ nữd + pNGIỐNG CÁId
Nd – Nồng độ của các ion nguyên tử tạp chất ( Nhà hỗ trợ vốn )
Bán dẫn loại P
Cho một ít tạp chất là nguyên tố nhóm 3 (In, Bo, Ga …) vào bán dẫn Ge (Si) tinh khiết. Ở nút mạng, nguyên tử tạp chất chỉ có 3 electron hóa trị nhường để tạo liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử Ge (Si) ở bên, liên kết thứ 4 để trống và tạo thành lỗ trống. Các điện tử của liên kết gần đó có thể nhảy để hoàn thành liên kết thứ tư trống. Nguyên tử tạp chất vừa nhận thêm 1 electron sẽ trở thành ion âm và ngược lại trong nguyên tử Ge / Si vừa chuyển 1 electron sẽ tạo ra lỗ trống và nguyên tử này sẽ trở thành ion dương cố định.
Nồng độ lỗ trong chất bán dẫn loại P. tăng cường nhưng vận tốc tái tổng hợp tăng nhanh nên nồng độ electron tự do giảm nhỏ hơn nồng độ hoàn toàn có thể có trong chất bán dẫn tinh khiết
Trong chất bán dẫn loại P, nồng độ hạt tải điện lỗ trống ( pP ) nhiều hơn nồng độ electron tự do nP và lỗ trống được gọi là nhà sản xuất dịch vụ hầu hết, điện tử tự do được gọi là người luân chuyển thiểu số
PP >> nP
PP = Phụ nữmột + nP ĐÀN BÀmột
ĐÀN BÀmột – Nồng độ của các ion nguyên tử tạp chất ( Chất gật đầu )
Độ dẫn của chất bán dẫn
Độ dẫn của chất bán dẫn khi xuất hiện cả hai hạt tải điện : = q ( nμN + pμP )
Đối với chất bán dẫn loại n, n >> p, độ dẫn điện là : N = qNDỄμN [ ( Ω. m ) – 1 ]
Đối với chất bán dẫn loại p, p >> n, độ dẫn điện là : P = qNMỘTμP [ ( Ω. m ) – 1 ]
Càng nhiều tạp chất, điện trở suất càng giảm, nhưng độ linh động μN và μP lại giảm khi nồng độ pha tạp tăng lên, do đó cơ chế dẫn truyền trong vùng pha tạp mạnh tương đối phức tạp
Nồng độ số lượng giới hạn của các nguyên tử tạp chất được đưa vào tinh thể bán dẫn được xác lập bởi số lượng giới hạn hòa tan của tạp chất đó. Nếu vượt quá số lượng giới hạn này sẽ xảy ra hiện tượng kỳ lạ kết tủa, khi đó tạp chất sẽ không còn đặc tính như mong ước .
Tương tự hoặc Liên quan
Source: https://dvn.com.vn
Category: Điện Tử
