bài giảng chất bán dẫn

Chöông VII


NỘI DUNG
PHẦN I
1. Giới thiệu các chất bán dẫn: nguyên tố, hợp chất
2. Tạp chất hình thành trong các chất bán dẫn
3. Tạp chất thay thế trong chất bán dẫn nhóm IV
3.1. Tạp chất thuộc nhóm V trong bán dẫn nhóm IV

+ Cấu trúc vùng năng lượng
+ Nồng độ hạt dẫn theo nhiệt độ
3.2. Tạp chất thuộc nhóm III trong bán dẫn nhóm IV
+ Cấu trúc vùng năng lượng
+ Nồng độ hạt dẫn theo nhiệt độ
2




1





m
 2
ne 

Các chất bán dẫn nguyên tố
Chu kỳ Nhóm

II
2

III

IV

V

B

C

N

VI

3

Mg

Al

Si

P

S

4

Zn

Ga

Ge

As

Se

5

Cd

In

Sn

Sb

Te

6

Hg

Pb
11


Các chất bán dẫn
nguyên tố và hợp chất: AxB8-x
Nguyên tố
Si
Ge

Hợp chất
IV-IV
SiC

Hợp chất
III-V
AlAs
AlSb
BN
GaAs
GaP
GaSb
InAs
InP
InSb

Hợp chất
II-VI
CdS
CdSe
CdTe
ZnS
ZnSe
ZnTe

Chất bán dẫn nhiều thành phần: AlGaAs, InGaAsN,… 12


Tạp chất trong các chất bán dẫn

Chất bán dẫn Si

Tạp chất thay thế

Tạp chất điền khích
13



Tạp chất thuộc nhóm V trong
chất bán dẫn nhóm IV

III
B
Al

IV
C
Si

V
N
P

Ga
In
Tl

Ge
Sn
Pb

As
Sb
Bi

Nguyên tử P
Liên kết
bình thường

Electron
không liên kết

Tạp chất donor
15

Nguyên tử As thế chỗ một nguyên tử Ge ở nút:
+ bốn hóa trò của As liên kết với bốn nguyên tử Ge lân
cận
+ electron hóa trò thứ năm của nó liên kết lỏng lẻo với
nguyên tử As  có thể chuyển động tương đối tự do
trong phạm vi rộng xung quanh nguyên tử As gốc của nó
 hạt tải điện chính là electron
 As được gọi là tạp chất cho (Donor)
 bán dẫn này là bán dẫn loại n.
Mức năng lượng của electron của tạp chất ED này nằm
trong vùng cấm và gần đáy vùng dẫn.


Chú ý: Các electron nằm ở các mức tạp chất không
hoàn toàn tự do như các electron trên vùng dẫn mà
phân bố gần các tâm tạp chất  mức tạp là mức
đònh xứ.
Để tách electron thứ 5 khỏi nguyên tử As ta dùng công
thức của năng lượng liên kết trong nguyên tử Hydro:

me4
Ei  
 13,6(eV )
2
24 o  

Nhưng thay m  m*; o  or


Năng lượng ion của nguyên tử tạp chất As:

m*
E i  13,6 2
m r











Các mức năng lượng tạp chất trong vùng cấm

III
B
Al
Ga
In
Tl

IV
C
Si
Ge
Sn

Pb

V
N
P
As
Sb
Bi

Mức donor

Tạp chất có thể cung cấp điện tử dẫn điện:
+ Tạp chất donor
+ Mức tạp chất được gọi là mức donor

21


Mức năng lượng tạp chất donor

Sb

P

0,039 eV

0,045 eV

As

Ec

0,054 eV

Si
1,12 eV
EV
22


Chất bán dẫn loại N: chất bán dẫn có chứa tạp chất donor
n >> p
Chất bán dẫn riêng

Chất bán dẫn N

Mức donor

Hạt tải điện cơ bản: electron;
Nồng độ electron: n
Hạt tải điện không cơ bản: lỗ trống; Nồng độ lỗ trống: p

23


Nồng độ hạt tải (cm-3)

Sự phụ thuộc của nồng độ electron dẫn
vào nhiệt độ

Silicon chứa 1,151016 nguyên tử As/cm3
Germanium chứa 7,51015 nguyên tử As/cm3

24