ĐỀ CƯƠNG môn bán dẫn cô liên

ĐỀ CƯƠNG MÔN BÁN DẪN – CÔ
LIÊN
Câu 3: cấu trúc vùng năng lượng
trog bán dẫn tinh khiết, tạp chất
-Cấu trúc vùng năng lượng
trong VLBD: Vùng hóa trị được lấp
đầy hoàn toàn, vùng dẫn được bỏ trống
hoàn toàn. Vùng cấm nhỏ cỡ 0,1eV
đến 1 eV. Ở 00K chúng là chất
cách điện. ở không độ tuyệt đối mức
Fermi nằm giữa vùng cấm => chất bán
dẫn không dẫn điện
Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao sẽ
có một số điện tử sẽ nhận được năng
lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm
và nó sẽ nhảy lên vùng dẫn và trở nên
dẫn điện.( nhiệt độ càng tăng thì mật
độ điện tử trên vùng dẫn sẽ càng tăng> tính dẫn điện tăng theo nhiệt độ
*VLBD tinh khiết
Ở nhiệt độ T=00K không có
electron nào ở vùng hóa trị có đủ
năng lượng bằng năng lượng
vùng cấm Wg để nhảy lên vùng
dẫn, để BD có thể dẫn điện. Ở
nhiệt độ này VLBD không có tính
dẫn điện giống như điện môi lý
tưởng.
Khi T>0 tồn tại một xác suất có
một số electron do nhận được
năng lượng nhiệt sẽ vượt qua
vùng cấm để có mặt ở vùng dẫn,

trở thành electron tự do. Như vậy
sẽ tạothành một số lỗ trống ở
vùng hóa trị, do các lỗ trống này
mà electron ở vùng hóa trịsẽ
tham gia vào quá trình dẫn điện.
Bản chất của sự chuyển động của
các
lỗ

trống này có thể hình dung như
sự chuyển động của các điện tích
dương với một giá trị khối lượng
hiệu dụng nào đó. Sự chuyển
động của electron tự do trong
miền dẫn dễ dàng hơn sự chuyển
động của lỗ trống trong vùng hóa
trị. Nói cách khác, tính linh động
của electron trong vùng dẫn lớn
hơn tính linh động của lỗ trống
trong vùng hóa trị.
*VLBD loại n Nếu cho vào Silic
(hoặc Germani) một số lượng
của nguyên tố có hóa trị V, ví
dụ Antimony (Sb). Nguyên tử
Sb có 5 electron hóa trị, sẽ
thay thế nguyên tử Silic, nó
liên kết với 4 nguyên tử Silic
gần nhất bằng cách trao 4
electron. Còn 1 electron dư,
gần như được tự do chuyển

động xung quanh lõi mang
điện tích dương của nguyên tử
Silic với bán kính của quĩ đạo
rất lớn. Do năng lượng liên kết
quá nhỏ cho nên ngay ở nhiệt
độ phòng electron dư này của
tạp chất được gần như tự do,
có thể nhảy vào vùng dẫn góp

phần vào việc tạo ra dòng điện
nếu được kích thích bằng một
năng lượng rất nhỏ (như ánh
sáng, nhiệt độ..). Rõ ràng,
electron này không tạo ra lỗ
trống. Số hạt mang điện âm
nhiều hơn do đó tạp chất gọi là
tạp chất cho hay tạp chất
donor.
Mức năng lượng cho “Ed” ở sát
ngay mức Ec. Như vậy tạp chất
cho đã tạo ra mức năng lượng
cho phép ở trong vùng cấm (ở
nửa phía trên).

*VLBD loại p
VLBD tinh khiết nếu pha tạp
chất nhóm III như B, Al, In… do
chỉ có 3 liên kết hoàn chỉnh, 1
liên kết bỏ hở nên chỉ cần 1
kích thích nhỏ (nhiệt độ, ánh

sáng) sẽ có1 electron của các
liên kết hoàn chỉnh bên cạnh
thế vào. Tạp chất bị ion hóa
thành âm, còn ở mối liên kết
mà electron đi khỏi sẽ xuất
hiện một điện tích dương tức
một lỗ hổng. Vậy tạp chất đã
làm tăng mật độ lỗ trống mà
không làm tăng mật độ điện
tử. Tạp chất nhóm III làm tăng
mật độ lỗ trống được gọi là tạp
chất nhận và bán dẫn gọi là
bán dẫn loại p, nó tạo ra mức
nhận Ea nằm sát bờ trên của
vùng hóa trị.

Câu 4: tính chất của hàm phân bố
Fermi-Dirac
hàm phân bố Fermi- Dirac:

f ( E, T ) =

1
 E − EF 
(1)
exp
 +1
 k BT 

*Ý nghĩa:

- Biểu diễn xác suất có điện tử nằm
trên mức năng lượng E tại nhiệt độ T.
hay xác suất một trạng thái có năng
lượng E bị điện tử chiếm chỗ trong
trạng thái cân bằng nhiệt của khí điện
tử lí tưởng ở nhiệt độ T; E F là năng
lượng mức fecmi – là năng lượng cần
để bứt 1e ra khỏi ngtu
*) Tính chất
- ở 0K các điện tử lấp đầy từ mức thấp
đến cao, cao nhất là tới EF

1neuEi < E F
lim f (E,T ) = 
T → 0k
0neuEi > E F

- tại T≠0K,
E<< EF; f(E,T)≈1; các mức năng lượng
thấp hơn nhiều mức fecmi EF đều đã bị
lấp đầy hoàn toàn
E>> EF; f(E,T)≈A.exp(-E/kT); các mức
năng lượng cao hơn nhiều mức fecmi
EF xác suất lấp đầy giảm theo hàm e
mũ
E=EF; f=1/2

E=EF+2kT; f=0,12
E=EF-2kT; f=0,88
Trong khoảng 4kT xung quanh E F xác

suất các mức năng lượng bị chiếm
xung quanh EF biến thiên mạnh. xung
quanh EF hàm f phụ thuộc mạnh vào E.
- khi T thay đổi, chỉ những đtu ở gần
mức EF thì trạng thái mới thay đổi, xác
suất thay đổi nhiều
- ở T lớn, E>> EF; f(E,T)≈A.exp(E/kT); hàm phân bố cổ điển Bolzoman

T ≠ 0K; nếu me* =mh* thì mức fecmi
nằm giữa vùng cấm ko phụ thuộc nhiệt
độ
me* đáy vùng dẫn Ec khi nhiệt độ tăng
me* > mh* thì mức fecmi dịch về phía
đỉnh vùng hóa trị Ev khi nhiệt độ tăng;
vì sự dịch chuyển là nhỏ lên đối với
bán dẫn riêng vị trí của mức fecmi luôn
lấy
là
giữa
vùng
cấm

EF =

1
[ EV + Ec ] (4)
2

- nồng độ điện tử trong bán dẫn riêng.

3

Câu 5: tính nồng độ hạt tải và mức
Fecmi trong bán dẫn riêng và bán
dẫn tạp chất
a. nồng độ hạt tải và mức Fecmi
trong bán dẫn riêng
ta gọi n,p nồng độ e ở vùng dẫn và lỗ
trống ở vùng hóa trị N d, Na là nồng độ
tạp chất dono, acepto; nd,pa là nồng độ
e ở mức dono; lỗ trống ở mức acepto
tcó pt trung hòa


3


*
2
Nd
 2 K BTme  . exp( EF − Ec ) +
−
2


  2π  
1
E − EF 
K BT
exp d

+ 1

2
K BT




3


 K Tm*  2
E −E
Na

−  2 B 2 h  . exp( v F ) +
  2π  

E
−
E
K BT
F
a
2
exp
+
1



K BT


= N a − Nd

(1)
trong BD riêng thì Na=Nd = 0; nd,=pa
=0
Mặt khác (n+Na -pa)- (p+Nd-nd)=0
suy ra n=p: các điện tử vùng dẫn bằng
số lỗ trống vùng hóa trị
từ (1) suy ra
  K Tm *  3 2
E F − E c 
 B e 
  2π  2  . exp( K T ) 
B



(2)
3
  K Tm *  2
E v − E F 
 B h 
= 
. exp(
)
K B T 
  2π  2 




 e
E − Ec 
 A . exp( F
)
K BT 


E − EF 
=  A h .exp( v
)
K BT 

 *
E − Ec 
 me . exp( F
)
K BT 


3/ 2

= exp(

 m* 
⇒ ln e* 
 mh 
EF =

3/ 2

=

e

EF
k BT

=x

, (1) là phương trình

3

 E + E d  k BT  N d 
EF =  c
. ln e  (3)
+
2
 2 
 2A 
 E + Ed 
T=0K ⇒ EF =  c
 mức fecmi
 2 

3/ 2





(3)

1
[ EV + Ec ] ; mức
2

fecmi nằm giữa vùng cấm



3


*
2


K
Tm
E
−
E
N
 2 B e  . exp( F c ) +

d

  2π  2 

E −E
1
K BT

exp d F + 1 
 
2
K BT


= Nd
(1)

 K Tm*  2
Ae =  B 2 e  (2)
 2π 

Ev + Ec − 2 E F
K BT

Với T=0K thì EF =

*) Nhận xét:
- khi nhiệt độ tăng n, p tăng nhanh theo
hàm e mũ của nhiệt độ
- ở cùng nhiệt độ, n,p phụ thuộc vào
bản chất của bán dẫn- độ rộng vùng
cấm(tỉ lệ nghịch theo hàm e mũ)

b. nồng độ hạt tải và mức Fecmi
trong bán dẫn loại n
Na=0; pa =0; n+nd=p=Nd
n= p+Nd-nd = p+Nd+ (nồng độ các ion
dương dono): các điện tử ở vùng dẫn là
do sự đóng góp của các điện tử của tạp
chất và điện tử vùng hóa trị chuyển lên.
Hai quá trình này xảy ra ở những nđộ
khác nhau.
*) ở vùng nhiệt độ thấp: chỉ có các điện
tử ở mức dono chuyển lên vùng dẫn;
ko có các dtu vùng hóa trị chuyển lên
n=Nd+ = Nd –nd; ⇒ n+nd = Nd

bậc 2 của x, tìm được ngiệm
 E + Ed 
Nd
 với
exp c
x=
Ae
 2k BT 

Ev + E c − 2 E F
)
K BT

 m* 
1
 EV + Ec − k BT . ln  e* 

2
 mh 


3

 K Tm *  2
E − Ec
p = 2 B 2 h  . exp( v
)
2 K BT
 2π 
− Eg
= 2 A h exp(
)
2K BT

đặt


E − EF 
=  mh* . exp( v
)
K BT 

 me* 
 * 
 mh 

 K Tm *  2

E − Ec
n = 2 B 2 e  . exp( v
)
2K BT
2
π



− Eg
= 2 A e exp(
)
2K BT
- nồng độ lỗ trống trong bán dẫn riêng.

nằm giữa Ec và Ed;
Khi T tăng trong vùng nđộ thấp thì E F
tăng dần đến Ec; khi nđộ tiếp tục tăng
thì EF lại giảm


Nguyờn tc hot ng ca cỏc linh kin
bỏn dn da trờn s dn in ca tp
cht nờn s dn in riờng s phỏ hy
quỏ trỡnh lm vic bỡnh thng ca linh
kin. Nh vy nhit tng ng vi
im 3 l nhit lm vic ti a ca
linh kin bỏn dn loi n vi mt tp
cht donor Nd; nu tng mt tp
cht thỡ cỏc on tng ng vi s dn

in ca tp cht ca bỏn dn s dch
chuyn lờn trờn. Khi mt tp cht
ln thỡ nng lng ion húa tp cht tin
v 0. Bỏn dn nh vy c gi l bỏn
dn suy bin (bỏn kim loi).

3

K Tm * 2
Ec Ed
n = B 2 e . exp(
).
2K BT
2
N 1/ 2
Nd
Ec Ed
exp ln de = A e
exp(
)
e
2A
2K BT
2
A


=

Ae N d

Ec Ed
exp(
)
2
2 K BT

(4)
n tng chm theo hm e m, gi l e
nh s; vựng ụng cng ht dn
nu n tip tc tng, cỏc ngtu tp cht
bi ion húa nhiu lờn, n n no ú tt
c ngtu tp cht b ion húa ht, tuy
nhiờn quỏ trỡnh chuyn mc dtu t
vựng húa tr vn ớt cú th b qua
*) vựng nhit trung bỡnh (tt c
ngtu tp cht b ion húa ht)
n= Nd+Pi = Nd
trong vựng nhit quanh n ion húa
tp cht thỡ nng ht ti khụng thay
i. hu ht bỏn dn tp cht hot
ng vựng nhit ny

N
EF = Ec + k BT . ln de
A
Khi T tng mc EF gim i sõu vo
vựng cm
*) vựng nhit cao: cú cỏc e vựng húa
tr chuyn lờn vựng dn, s úng gúp
ny tng nhanh n= Nd+ni (ni l in t

chuyn lờn t vựng húa tr >> N d);
n=ni=pi ging bỏn dn riờngmc
fecmi luụn ly l gia vựng cm

EF =

1
[ EV + Ec ]
2

- nng in t trong bỏn dn riờng.
3

K Tm * 2
E Ec
n = 2 B 2 e . exp( v
)
2K BT
2
Eg
= 2 A e exp(
)
2K BT
*) Nhn xột: vựng nhit cao
- khi nhit tng n, p tng nhanh theo
hm e m ca nhit
- cựng nhit , n,p ph thuc vo
bn cht ca bỏn dn- rng vựng
cm

Cõu 7: s ph thuc ca in dn
sut ca bỏn dn vo nhit
in dn sut = n.e.àe + p.e.à h ;
àe; àh; linh ng ca in t v l
trng
- VLBD tinh khit : n,p t l vi T theo
hm e m, àe ph thuc vo T theo
hm cn bc 2 ca T nờn ph thuc
vo T theo hm e m . in dn sut
trong VLBD tinh khit tng t l vi
nhit theo hm e m. Suy ra in
tr sut ca bỏn dn gim dn khi nhit


Cõu 8: Hiu ng hall trong bỏn dn
a/ hiu ng
- Hiu ng Hall l mt hiu ng vt lý
c thc hin khi ỏp dng mt t
trng vuụng gúc lờn mt bn lm
bng kim loi hay cht bỏn dn hay
cht dn in núi chung (thanh Hall)
ang cú dũng in chy qua. Lỳc ú
ngi ta nhn c hiu in th (hiu
th Hall) sinh ra ti hai mt i din



-Bỏn dn tp cht:
+ vựng nhit thp(p=0): in dn
sut trong VLBD loi n c xỏc nh

bng: = ne.e
Trong ú n l mt electron trong
bỏn dn. Khi nhit cũn thp, cựng
vi s tng nhit (tc l tng nng
lng nht) mt cỏc electron s
tng do s ion hoỏ cỏc donor , (on 12). dc ca on ny c trng cho
nng lng ion húa ca tp cht.
+ Tip tc tng nhit , nng cỏc
electron t do gn nh khụng tng na
(on 2- 3) vỡ lỳc ny tt c cỏc tp
cht ó b ion hoỏ, cũn xỏc sut ion hoỏ

bỏn dn riờng thỡ rt nh. Hai on 1-2
v 2-3 l s dn in ca tp cht ca
bỏn dn. Khi nhit ó tng tng
i cao (on sau im 3) nng cỏc
ht in tớch t do s tng mnh vi
nhit do s vt qua vựng cm ca
cỏc electron vựng húa tr vo vựng
dn. nghiờng ca on ny c
trng cho rng vựng cm ca bỏn
dn; nhit m ti ú bt u xut
hin s dn in riờng s cng nh nu
rng ca vựng cm bỏn dn cng
nh.

xỏc nh hng s Hall ca bỏn dn

nh sau:
-Nhn xột :

+ Bỏn dn loi n cú n > > p t (18)
suy ra
+ Bỏn dn loi p cú n << p t (18)

tng

= 0 .e T - h s
nhit in tr õm,
Hay do ú
nhit thp bỏn
dn khụng dn
in.

l proton c chuyn ng t do
mang dũng in.
-Hiu ng cng cho thy trong mt s
cht (c bit l bỏn dn), dũng in
c mang i bi cỏc l trng(cú in
tớch tng cng l dng) ch khụng
phi l electron n thun.

ca thanh Hall.
1. Gii thớch
Hiu ng Hall c gii thớch da vo
bn cht ca dũng in chy trong
vt dn in. Dũng in ny chớnh l
s chuyn ng ca cỏc in tớch (vớ
d nh electron trong kim loi). Khi
chy qua t trng, cỏc in tớch
chu lc Lorentz b y v mt trong

hai phớa ca thanh Hall, tựy theo in
tớch chuyn ng ú õm hay dng. S
tp trung cỏc in tớch v mt phớa to
nờn s tớch in trỏi du 2 mt ca
thanh Hall, gõy ra hiu in th Hall.
-Cụng thc liờn h gia hiu th Hall,
dũng in v t trng l:
Uh = Rjx Bd= H.d
(*)
trong ú: + Uh (V) l hiu th Hall,
2
+ j (A/m ) l mt dũng in,
+ B (T) l cm ng t ,
+ d (m) l khong cỏch gia hai
mt mang in trỏi du ca thanh
Hall,
+ R l hng s Hall.
+H l in trng hall
- Cụng thc liờn h gia hiu th
Hall, dũng in v t trng trong
kim loi l:
Vh = (IB)/(den)
vi VH l hiu th Hall, I l cng
dũng in, B l cng t trng, d
l dy ca thanh Hall, e l in tớch
ca ht mang in chuyn ng trong
thanh Hall, v n mt cỏc ht ny
trong thanh Hall.
-Cụng thc ny cho thy tớnh cht quan
trng trong hiu ng Hall l nú cho

phộp phõn bit in tớch õm hay dng
chy trong thanh Hall, da vo hiu th
Hall õm hay dng. Hiu ng ny ln
u tiờn chng minh rng, trong kim
loi,
electron ch
khụng
phi

suy ra
- ứng dụng của hiệu ứng Hall:
1) Máy dò Hall :
a) Đo từ trờng của nam châm :
b) Đo vận tốc trôi của hạt tải điện :
c) Nghiên cứu tính dẫn điện của bán
dẫn :
1. o cng dũng in
o cụng sut in
2. Xỏc nh v trớ v chuyn ng
a. Khi ng ụ-tụ
Dũ chuyn ng quay


Câu 10:
1.Hiệu ứng Secbeck
- Hiện tượng tạo thành dòng điện trong
mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau
khi giữ mối hàn ở nhiệt độ khác nhau.
Đó là hiện tượng nhiệt điện do Seebeck
tìm ra năm 1821.

chúng cũng tăng lên do vậy với các
mẫu bán dẫn ta sẽ thhu được suất nhiệt
điện động lớn . Suất điện động này lớn
hơn so với trường hợp kim loại hàng
chục, hàng trăm lần.
-Ứng dụng hiệu ứng Seebeck

-Giải thích hiện tượng Seebeck

Các nhà nghiên cứu đã dùng nhiệt để
phát ra điện bằng cách kẹp giữ các
phân tử hữu cơ giữa các hạt nano kim
loại, mở ra tiềm năng mới về khai thác
năng lượng - Đây có thể là mốc quan
trọng trên con đường tiến tới biến đổi
trực tiếp nhiệt thành điện. Ví dụ: Phân
tử hữu cơ bị kẹp giữ giữa hai bề mặt
bằng vàng; tạo ra chênh lệch nhiệt độ
giữa hai mặt kim loại sẽ sinh ra điện áp
và dòng điện.
Đây là minh chứng đáng kể cho ý
tưởng thiết kế và là bước đi đầu tiên
của ngành nhiệt điện phân tử.
Ngày nay, hiện tượng áp điện (hiệu
ứng Seebeck) được ứng dụng rất rộng
rãi trong kỹ thuật phục vụ cho cuộc
sống hàng ngày như: máy bật lửa, cảm
biến, máy siêu âm, điều khiển góc quay
nhỏ gương phản xạ tia lade, các thiết

bị, động cơ có kích thước nhỏ, hiện nay
người ta đang phát triển nhiều chương
trình nghiên cứu như máy bay bay đập
cánh như côn trùng, cơ nhân tạo, cánh
máy bay biến đổi hình dạng, phòng
triệt tiêu âm thanh, các cấu trúc thông
minh, hầu hết các máy in hiện nay...
một trong những ứng dụng quan trọng
hiện nay trong kỹ thuật là dùng làm
động cơ piezo.
+ Nhiệt kế nhiệt điện. Cặp nhiệt điện
có thể dùng để đo nhiệt độ rất cao cũng
như rất thấp mà không thể đo được
bằng các nhiệt kế thông thường.
+ Pin nhiệt điện: Mắc nối tiếp nhiều
cặp nhiệt điện ta được một bộ pin gọi là
pin nhiệt điện, có suất điện động vài
vôn và cường độ dòng điện tới vài
ampe. Nhưng hiệu suất của pin nhiệt
điện rất thấp (khoảng 0,1%) nếu ta thay
bằng vật liệu bán dẫn thì hiệu suất có
thê đạt tới 10%.

Giả sử mật độ electron ở kim loại A
lớn hơn trong kim loại B (nA > nB). Do
vậy số electron từ A khuếch tán sang B
qua mặt tiếp xúc sẽ nhiều hơn số
electron từ B khuếch tán sang A.
Thanh kim loại A sẽ tích điện dương,
thanh kim loại B tích điện âm, và tại

chỗ tiếp xúc sẽ xuất hiện một điện
tường hướng từ A sang B.
Cụ thể:
Xét mạch kín gồm hai kim loại 1 và 2
tiếp xúc với nhau. Nếu nhiệt độ ở hai
mối hàn bằng nhau thì tổng của hiệu
điện thế tiếp xúc trong ở hai mối hàn sẽ
bằng không. Bây giờ giả sử nhiệt độ ở
một mối hàn T1 = T, còn ở mối hàn kia
là T2 = T + ∆T . Nếu ta coi mật độ
electron tự do n1 và n2 ở hai kim loại
không phụ thuộc vào nhiệt độ thì tổng
hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn sẽ
khác không, vì hiệu điện thế tiếp xúc
phụ thuộc vào nhiệt độ (ở mối hàn
nóng sự khuếch tán của electron nhiều
hơn là ở mối hàn lạnh).

ε =U
+

KT1

i1

+ Ui2 = e ln (n2/n1)

KT 2
ln (n1/n2)
e

ε=

K (T 2 − T1)
e

ln (n1/n2)
(K là hằng số Boltzmann, K = 1,38.10 23
J/k)
Ta đã biết chuyển động của electron ở
đầu nóng của thanh kim loại cao hơn
đầu lạnh, vì thế dòng electron khuếch
tán từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn
dòng electron khuếch tán theo chiều
lại. Kết quả là đầu lạnh tích điện âm,
đầu nóng tích điện dương. Quá trình
khuếch tán kéo dài cho đến khi điện
trường xuất hiện làm cho dòng electron
đi từ đầu lạnh đến đầu nóng electron đi
ngược lại, khi đó có sự cân bằng động
và có một hiệu điện thế được thiết lập
giữa hai đầu mỗi thanh kim loại. Tổng
đại số hai hiệu điện thế như thế ở hai
thanh kim loại 1 và 2 tạo nên thành
phần thứ hai của suất điện động. Ở một
số cặp nhiệt điện người ta còn phát
hiện thấy sự đổi dấu của suất điện
động. Thí dụ đối với cặp vônfram –
môlipđen, khi hiệu điện thế còn nhỏ thì
ở mối hàn nóng dòng điện chạy từ

môlipđen dang vônfram, còn khi hiệu
nhiệt độ lớn thì dòng điện lại chạy theo
chiều ngược lại (điều này có thể giải
thích, nếu cho rằng nhiệt độ đã làm
thay đổi tỉ số n1/n2.
Đối với bán dẫn khi nhiệt độ tăng lên
nồng độ các hạt tải điện (electron và lỗ
trống) tăng lên và năng lượng của

-HT: Khi có dòng điện qua chỗ tiếp
xúc giữa hai kim loại thì ở đó sẽ có sự
toả nhiệt hay hấp thụ nhiệt tuỳ theo
chiều dòng điện. Nó làm cho chỗ tiếp
xúc hoặc là nóng lên hoặc là lạnh đi.
Hiện tượng nhiệt điện này là do Jean
Peltier phát minh năm 1834
-GT:
Khi cho dòng điện qua vật dẫn không
đồng nhất, ngoài nhiệt lượng Joule _
Lenz toả ra trong thể tích vật dẫn,
người ta còn quan sát thấy một hiện
tượng nhiệt phụ nữa xảy ra ở chỗ tiếp
12 = ∏
2 −là∏1
xúc giữa hai kim loại khác∏nhau.
Đó
hiệu ứng Peltier. Để đo nhiệt lượng
toả ra hay hấp thụ của hiện tượng
Peltier người ta dung mạch điện gồm
hai vật dẫn khác nhau hàn nối với

nhau. Nếu tại mối hàn T2 dòng điện đi
từ B sang kim loại A thì tại mối hàn T1
dòng điện sẽ đi từ mối hàn A sang kim
loại B. Vì vậy nếu mối hàn T 2 nóng lên
thì mối hàn T1 lạnh đi và ngược lại.
Nguyên nhân của hiện tượng Peltier là
sự tồn tại của hiệu điện thế tiếp xúc
trong. Nếu điện trường tạo ra ở mối
hàn do hiệu điện thế tiếp xúc mà làm
tăng tốc độ electron dẫn thì động năng
của các electron dẫn tăng lên và các
electron dẫn nhường động năng dư cho
mạng tinh thể. Kết quả là mối hàn đó
nóng lên và toả nhiệt lượng phụ. Nếu
electron chuyển động theo chiều ngược
lại thì điện trường làm giảm tốc độ của
electron, động năng của các electorn
dẫn giảm và electron phải lấy năng
lượng còn thiếu từ mạng tinh thể. Do
mối hàn phải cung cấp năng lượng cho
electron nên mối hàn lạnh đi.
Do mâu thuẫn không đồng nhất nên
trong mẫu xuất hiện một điện trường
trong ngay cả khi không có gradien
nhiệt độ: uur
ur
1
εi = ε ∏ = − ∇F
e
Khi có điện trường ngoài gây unên

ur điện
trường trong mẫu thì trường ε ∏ thực
hiện công làm tỏa ra hay thu vào nhiệt
lượng.
Mẫu sẽ nguội khi trường bên trong
cùng chiều với trường ngoài và sẽ nóng
lên khi trường bên trong ngược chiều
với trường ngoài.
Từ công thức:

uur K ur K .K − K 2 ∂T
21
W = 21 J − 31 11
. r
eK11
TK11
∂r

ur ∏

dòng Q
năng
lượng. Gọi năng lượng tỏa
12
ra là
thì ta có:

ur ∏ uur uur
ur
ur

ur
Q12 = W 2 − W1 = ∏ 2 J − ∏ 1 J = ∏ 12 J

Trong đó Π12 là hệ số Peltier tương đối
bằng hiệu hai hệ số Peltier tuyệt đối.
Nó phụ thuộc vào bản chất của các kim
loại tiếp xúc nhau và vào nhiệt độ của
mối hàn
Như vậy chúng ta có thể biểu diễn hệ
số Peltier tương đối Π12 qua suất nhiệt
điện động vi phân tương đối α12
:

= (α 2 − α1 )T = α12 T

-UD :Máy lạnh sử dụng hiệu ứng nhiệt
điện
Ứng dụng hiện tượng Peltier, người ta
thiết kế một linh kiện gồm hai vật dẫn
khác nhau có hai mối hàn tạo thành
mạch điện. Khi cho dòng điện chạy
qua, một đầu mối hàn nóng lên, còn
đầu kia lạnh đi. Điều đó có nghĩa là có
thể chế tạo được một linh kiện có hai
mặt, một mặt lạnh chuyển nhiệt sang
mặt nóng. Để hiệu suất hoạt động của
thiết bị làm lạnh theo nguyên lí của
hiện tượng Peltier cao hơn, người ta lấy
hai vật dẫn kim loại khác nhau bằng
hai tấm bán dẫn khác loại, bán dẫn loại

p và bán dẫn loại n.

(3 − 120)

Ta thấy dòng năng lượng gồm 2 thành
phần:
1. Liên quan đến chuyển động có
hướng của hạt dẫn, chính la dòng năng
lượng gây nên hiệu ứng Peltier
2. Do truyền nhiệt phụ thuộc vào
gradien nhiệt độ
Vì vậy có thể viết:
uur K ur K .K − K 2
ur
21
W = 21 J − 31 11
.∇ T = ∏ J − χ e∇ T
eK11
TK11

(3 − 152)

ur ∏

Nếu gọi Q là dòng năng lượng do hiệu
ứng Peltier thì ta có
thể viết
ur
ur
∏

Q =∏J

với

K
∏ = 21
eK11

(3 −153)

Trong đó Π là hệ số Peltier tuyệt đối
Hiệu ứng Peltier thường xảy ra mạnh
ở chỗ tiếp xúc hai vật khác nhau. Khi
dòng điện đi qua tiếp xúc của 2 vật sự
phân tán dòng năng lượng bằng hiệu 2
2.Hiệu ứng Pilties

(3 − 157)

(3 − 154)


3,Hiu ng t in tr
-kn : S thay i in tr sut ca
mt vt liu di tỏc dng ca t
trng ngoi gi l hiu ng t in
tr.
T in tr thng; T in tr d
hng ; T in tr khng l; T in

tr chui hm;T in tr siờu khng l
-gt : Phng trỡnh ng Boltzmann
trong trng hp cú in trng v t
trng tỏc dng cú dng
r
e r r r
f
K Kr f = ( + v B Kr f = 1r
h
(k )

dn dc theo trng x cú dng

B = e 2 K11* +

e4 ( K12* )
m

2

B2

*2

2

à
B2
1 + à 2 B2
à

Hay : B = en
+ en
1 + à 2 B2
à
1 + à 2B2
H s t in tr B l mt i lng
c trng cho hiu ng t in tr
1
B = B o . 2
o B

B =

1 1

o
= B
1

o


à3 à à

3 2


ữ 1 1
ữ. 2 = o B . 2
B B

ữB
ữ


B 2 à 2 à 4 B 2

2

2

à à 3 2 B 2 + B2 à 2 à 4 B 2





2

Mt s ng dng ca hin tng t
in tr nh:
Ch to cm bin o t trng, o
dũng in
u c, ghi trong cỏc cng mỏy
tớnh
Cỏc linh kin spintronics
Hiu ng t in tr khng l (GMR)
nghiờn cu cỏc linh kin in t mi
hot ng da trờn iu khin tớnh
cht spin ca in t.
Hiu ng t in tr d hng (AMR)

trong cỏc cht bỏn dn ch yu l do s
lch qu o ca dũng ht ti di tỏc
dng ca t trng, thng c ng
dng trong mt s cm bin o t
trng nh o t trng Trỏi t, hay
cm bin o dũng in
Hiu ng t in tr siờu khng l
(CMR) cng c ng dng trong
cỏc u c/ghi ca cng, phỏt
trin cỏc linh kin spintronic
Hiu ng t in tr chu hm (TMR)
c cng úng vai trũ cc k quan
trng trong cỏc nghiờn cu v linh kin
spintronic.

4. hiu ng thomson
-mt vt dn ng cht m cú bin
thiờn nhit thỡ khi cú dũng in chy
qua s xut hin mt nhit lng ph
to ra hay hp th trong vt dn, c
lp vi nhit lng Jun-Lenx. Lng
nhit ny b sung thờm hoc hp th
bt i lm cho nhờt lng ca vt dn
tng lờn hay gim i so vi khi ch cú
nhit lng Jun-Lenx.
-L s thu nhit hay to nhit so vi
nh lut Jun-Lenx khi cú dũng in
chy qua mt mu ng nht nhng cú
graien nhit .
-Trong mt mu bỏn dn ng nht cú

graien nhit thỡ khi dũng in chy
qua mu ú s lm mu núng lờn hay
ngui i so vi nhit lng ta ra theo
nh lut Jun-Lenx.
-GT: - Khi nhit hai u dõy dn
khỏc nhau s cú dũng electron
khuch tỏn t u núng n u lnh
ln hn dũng khuch tỏn theo chiu
ngc li. Gia hai u ca vt dn
xut hin mt in trng ph,
hng t u núng sang u lnh. Khi electron i t u lnh n u
núng thỡ in trng ph lm tng
tc electron (trờn vt a). Cũn electron
i t u núng n u lnh, thỡ in
trng ph s hóm cỏc electron li
(trờn vt b). - Nguyờn nhõn khỏc:
Electron u núng cú nng lng
nhit cao hn u lnh. Khi cỏc
electron di tỏc dng ca in
trng i t u núng n u lnh,
chỳng s truyn phn nng lng cũn
d cho mng tinh th lm cho vt dn
núng lờn nhanh (vt b). Khi dũng
in cú chiu ngc li, cỏc electron
i t u lnh n u núng, chỳng
s nhn thờm nng lng ca mng
tinh th, tc l hp th nhit lm cho
vt dn núng lờn chm (vt a).
- Khi trong mu cú graien nhit
s xy ra hin tng khuch tỏn ht

dn v kốm theo nú l s xut hin
trng nhit in cú xu hng chng
li dũng khuch tỏn. Gi l trng
nhit in ni ti

r

i =T =

K 21 K11
T
eK11T

- Khi t vo mu mt trng ngoi
e, thỡ in trng tng cng ti mi
im ca mu l:

r

r

r

=e +i

+ Mt dũng in ti mi im tớnh
theo
lut Ohm:
r nh
r

r
r
r
r
J = = (e + i ) = e 2 K11 ( e + i )
+ Theo nh lut bo ton nng
lng: nhit lngQ to ra trờn vt
dn chớnh l cụng A ca in trng
tng cng sinh ra khi lm chuyn di
cỏc in tớch
.
.
rr J2 1 r
r
Q = A = (J ) =
+ ( J F ) + ( J T )
e
*Nhn xột (4):
_Theo gi thit mu ng nht F=0
_ Nu j.T >0 thỡ vt s núng lờn hn
so vi L Jun-Lenx.
_ Nu j.T <0 thỡ vt s núng lờn ớt
hn so vi L Jun-Lenx
-UD: Cp nhit in_Pin nhit in
T lnh s dng hiu ng nhit in

Cõu 12: Quang in tr
*) Cu to
Quang in tr l in tr lm bng
cht quang dn cú tr s thay i khi

cng ca chựm sỏng chiu vo nú
thay i (cng gim khi c chiu
sỏng cng mnh).
- Khi khụng c chiu sỏng in tr
ca quang in tr lờn ti vi M (vi
triu )- in tr ti.
- Khi c chiu sỏng thớch hp in
tr ca quang in tr cú th gim
xung cũn vi chc ( khong 20 )
Cu to
- Quang in tr cú cu to gm: mt
si dõy (hoc mt mng) bng cht
quang dn (CdS) 1 gn trờn mt
cỏch in 2. Hai in cc gn vo lp
bỏn dn.

. Nguyờn tc hot ng
- Quang in tr hot ng da vo
hin tng quang in trong.
- Ni quang tr vi ngun(vi V)
- t quang tr trong búng ti: Khụng
cú dũng in
- Chiu askt cú bc súng nh hn
gii hn quang dn: xut hin dũng
in. Khi ỏnh sỏng chiu vo cht bỏn
dn lm phỏt sinh cỏc in t t do, tc
s dn in tng lờn v lm gim in
tr ca cht bỏn dn. Cỏc c tớnh in
v nhy ca quang in tr d nhiờn
tựy thuc vo vt liu dựng trong ch

to. V phng din nng lng, ỏnh
sỏng ó cung cp mt nng lng
E=h.f cỏc in t nhy t di húa tr
lờn di dn in.
Nh vy nng lng cn thit h.f phi
ln hn nng lng ca di cm
ng dng
Quang in tr c dựng rt ph bin
trong cỏc mch iu khin,mch bỏo
ng,cm bin ỏnh sỏng hay mỏy nộn
õm thanh.
- Cỏc quang in tr thng c lp
vi cỏc tranzito trong cỏc thit b iu
khin t ng bng ỏnh sỏng
Mch bỏo ng:
Mch m in t ng v ờm dựng
in AC:

Cõu 13L pin mt tri
a. nh ngha:
Pin quang in l ngun in trong ú
quang nng chuyn húa thnh in
nng. Pin quang in hot ng da
trờn hin tng quang in trong ca
cỏc cht bỏn dn: german, silic, selen...
Vt liu xut phỏt l cỏc bỏn dn tinh
khit : german, silic, selen...

Lớp chuyển tiếp p-n đợc hỡnh thành
khi ta cho hai mẫu bán dẫn khác loại,

loại p và loại n, tiếp xúc với nhau. Tuy
nhiên, do ở bán dẫn p, lỗ trống là hạt tải
điện đa số, nên dòng khuếch tán từ bán
dẫn p sang n chủ yếu lỗ trống. Lỗ trống
từ p sang n tái hợp với êlectron tự do.
Do đó ở phần tiếp giáp gia hai bán dẫn
gần mặt phân cách không còn các hạt
tải điện tự do (êlectron và lỗ trống) mà
thay vào đó là các ion tạp chất mang
điện dơng (ở bán dẫn loại n) và các ion
tạp chất mang điện âm (ở bán dẫn loại
p)
Sự khuếch tán diễn ra mặt phân cách
gia hai bán dẫn. Tại đó xuất hiện một
điện trờng trong E hớng từ phía n sang
p, có tác dụng ngn cản sự khuếch tán
các hạt mang điện đa số. ch tip
xỳc gia hai loi bỏn dn ó hỡnh
thnh lp chuyn tip p-n,hu nh
khụng cú ht ti in t do gi l vựng
nghốo ht ti in.
nh sỏng cú bc súng thớch hp ri
vo in cc dng + (trong sut) vo
lp bỏn dn loai p.
Ti lp p, xy ra hin tng quang in
trong to thnh l trng v electron
quang in.
in trng lp tip xỳc p - n y l
trng v lp p v y e v lp n.
Lp kim loi mng nhim in dng.

Phn tip xỳc vi lp n nhim in
õm tr thnh cc õm.
UD: Pin Mt tri
H thng in, ốn giao thụng, v tinh,
vin thỏm,


Câu 1; các tính chất chung của bán
dẫn
Chất bán dẫn là vật chất có điện trở
suất nằm ở giữa trị số điện trở suất của
chất dẫn điện và chất điện môi khi ở
nhiệt độ phòng: ρ = 10-4 ÷ 107 Ω.m
Chất bán dẫn hoạt động như một chất
cách điện ở nhiệt độthấp và có tính dẫn
điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là "bán dẫn"
(chữ"bán" theo nghĩa Hán Việtcó nghĩa
là một nửa), có nghĩa là có thể dẫn điện
ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một
điều kiện khác sẽ không dẫn điện. (ánh
sáng, áp suất,nhiệt độ, các tác dụng của
trường ngoài)
Trong kỹ thuật điện tử chỉ sử dụng một
số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh
thể, quan trọng nhất là hai nguyên tố
Gecmani và Silic. Thông thường
Gecmani và Silic được dùng làm chất
chính, còn các chất như Bo, Indi (nhóm
3), phôtpho, Asen (nhóm 5) làm tạp
chất cho các vật liệu bán dẫn chính.

Đặc điểm của cấu trúc mạng tinh thể
này là độ dẫn điện của nó rất nhỏ khi ở
nhiệt độ thấp và nó sẽ tăng theo lũy
thừa với sự tăng của nhiệt độ và tăng
gấp bội khi có trộn thêm tạp chất.
Hạt tải điện trong chất bán dẫn là các
điện tử tự do trong vùng dẫn và các lỗ
trống trong vùng hóa trị.
- Hạt tải điện trong chất bán dẫn thuần:
n=p
Bán dẫn loại n: hạt tải cơ bản là e, ko
cơ bản là h;ngược lại với bán dẫn loại p
Ở nhiệt độ 00K, cấu trúc tinh thể lý
tưởng bán dẫn thuần như là một chất
cách điện.các e hóa trị tham gia hết vào
liên kết cộng hóa trị trong mạng tinh
thể. Trg BD ko có hạt mang điện tự do;
dưới td của môi trường bên ngoài, e
nhận năng lượng đủ để bứt ra khỏi liên
kết trở thành điện tử dẫn, để lại vị trí
liên kết thiếu e mang điện dương gọi là
lỗ trống. trong bd có hạt tải tự do nên
dẫn điện
Cấu trúc năng lượngcủa điện tửtrong
mạng nguyên tửcủa chất bán dẫn. Vùng
hóa trị được lấp đầy, trong khi vùng
dẫntrống. Mức năng lượng Ferminằm ở
vùng trống năng lượng. Các chất bán
dẫn có vùng cấm có một độrộng xác
định. Ởkhông độtuyệt đối (0 ⁰K), mức

Ferminằm giữa vùng cấm, có nghĩa là
tất cảcác điện tửtồn tại ởvùnghóa trị, do
đó chất bán dẫn không dẫn điện. Khi
tăng dần nhiệt độ, các điện tử sẽnhận
được năng lượng nhiệt (kB.T với kBlà
hằng sốBoltzmann) nhưng năng lượng
này chưa đủ để điện tửvượt qua vùng
cấm nên điện tửvẫn ở vùng hóa trị. Khi
tăng nhiệt độ đến mức đủcao, sẽcó một
số điện tửnhận được năng lượng lớn
hơn năng lượng vùng cấm và nó
sẽnhảy lên vùng dẫn và chất rắn
trởthành dẫn điện. Khi nhiệt độcàng
tăng lên, mật độ điện tử trên vùng dẫn
sẽcàng tăng lên, do đó, tính dẫn điện
của chất bán dẫn tăng dần theo nhiệt
độ(hay điện trởsuất giảm dần theo nhiệt
độ). Một cách gần đúng, có thểviết sự

phụthuộc của điện trởchất bán dẫn vào
nhiệt độnhưsau:

Ngoài ra, tính dẫn của chất bán dẫn
có thể thay đổi nhờcác kích thích năng
lượng khác, ví dụnhưánh sáng. Khi
chiếu sáng, các điện tửsẽhấp thu năng
lượng từ photon, và có thểnhảy lên
vùng dẫn nếu năng lượng đủlớn. Đây
chính là nguyên nhân dẫn đến sựthay
đổi vềtính chất của chất bán dẫn dưới

tác dụng của ánh sáng(quang-bán dẫn).
-Điện dẫn suất tăng tỉ lệ với nhiệt độ
*) Úng dụng của bán dẫn tinh khiết
gecmani là BDTK có vùng cấm nhỏ,
cho phép nó phản ứng rất hiệu quả với
ánh sáng hồng ngoại. Vì thế nó được sử
dụng trong các kính quang phổ hồng
ngoại và các thiết bị quang học khác
trong đó đòi hỏi các thiết bị phát hiện
cực kỳ nhạy với tia hồng ngoại. Chiết
suất của ôxít gecmani và thuộc tính tán
sắc của nó làm cho gecmani là hữu ích
trong các thấu kính camera góc rộng
và trong kính vật của các kính hiển vi.
Các tinh thể gecmani độ tinh khiết cao
được dùng trong các máy dò cho kính
quang phổ gamma.
Hợp kim gecmanua silic (hay "silicgecmani", SiGe) rất nhanh chóng trở
thành vật liệu bán dẫn quan trọng, dùng
trong các mạch IC tốc độ cao. Các
mạch IC dùng các tính chất của kết nối
Si-SiGe có thể nhanh hơn nhiều so với
các mạch chỉ dùng silic.

Câu 2: khái niệm lỗ trống
-KN: lỗ trống là mọt ví trí liên kết ko
có e; hay là một mức năng lượng bị bỏ
trống, chuyển động cùng chiều điện
trường ngoài và thm gia vào sự dãn
điện

Đặc trưng:
-Lỗ trống có đầy đủ các đặc trưng của
hạt: khối lượng; năng lượng; xung
lượng; điện tích
- so sánh với các đặc trưng của e ở
cùng 1 trạng thái
Khối lượng hiệu dụng m* h=- m*e;
Năng lượng: Eh = -Ee;
Vận tốc Vh=-ve
Vecto sóng

k h = − ke

Điện tích dương qh=+e
Lỗ trống là vi hạt lên nó lan truyền
dưới dạng sóng điện từ

Câu 14: các hiệu ứng trong điện
trường mạnh
Trong mục này ta sẽ xét một số hiện
tượng xảy ra trong điện trường mạnh
khi mà năng lượng dẫn thu được
trong điện trường khá lớn và không
trao đổi hết cho mạng tinh thể sau
mỗi lần va chạm làm cho nhiệt độ của
điện tử và của mạng tinh thể chênh
lệch nhau
Trong vật liệu có các hạt chuyển
động nhiệt hỗn loạn, vận tốc trung bình
của chuyển động nhiệt là u. Khi có

thêm điện trường ε tác dụng thì dưới
tác dụng của điện trường các hạt mạng
điện này sẽ có thêm vận tốc v d ( vận tốc
cuốn- vận tốc chuyển động có hướng).
Nếu vd << u thì điện trường được coi
là yếu (τ(Қ) không phụ thuộc vào
trường ngoài).
Nếu vd tăng làm τ(Қ) phụ thuộc vào
trường ngoài thì lúc đó điện trường
được coi là mạnh.
1. Điện tử nóng và thời gian hồi phục
năng lượng
1.1. Hiện tượng
- Bình thường: trong vật liệu, các hạt
chuyển động nhiệt hỗn loạn với vận tốc
trung bình là vnh.
- Khi có điện trường ngoài : ngoài
chuyển động nhiệt hỗn loạn, các hạt có
thêm thành phần chuyển động có
hướng (chuyển động cuốn) theo
phương (ngược hướng) điện trường
ngoài với vận tốc cuốn vd:
+ Điện trường ε trong mẫu nhỏ:
vd<<vnh => không phụ thuộc vào
trường ngoài.
+ Điện trường ε trong mẫu lớn: vd
tăng lên.
⇒
phụ thuộc vào điện trường.
⇒

Độ linh động và độ dẫn phụ
thuộc vào điện trường
Định luật Ohm j = σ ε với σ cố
định không còn đúng nữa!
1.2. Giải thích
Biểu thức độ dẫn:
e2n τ
σ = enµ
hay σ =
m*
Sự sai lệch khỏi định luật Ohm chỉ có
thể do:
+ Nguyên nhân 1: độ linh động µ phụ
thuộc vào điện trường.
+ Nguyên nhân 2: nồng độ hạt dẫn phụ
thuộc vào điện trường.
- Giải thích theo nguyên nhân 1:
Xét bán dẫn loại n trong điều kiện tán
xạ của điện tử là đẳng hướng
Xem thời gian hồi phục τ (k ) bằng
thời gian chuyển động tự do trung bình.
+Điện tử giống như 1 khí lý tưởng tuân
theo phân bố Boltzmann (bán dẫn
không suy biến).


nghèo của chuyển tiếp p-n phân cực
ngược với sự tỏa nhiệt theo định luật
Joule không đáng kể.
Ví dụ: lớp chuyển tiếp p-n của điôt Ge

có điện áp đánh thủng là 1200 V xảy ra
do hiện tượng ion hóa do va chạm, nếu
biết bề rộng vùng nghèo trong chuyển
tiếp p-n cỡ 1 vài µm thì điện trường
trong lớp đó đạt gần 5.106 V/cm.

2. Hiện tượng ion hóa do va chạm
Là hiện tượng đánh thủng thác lũ trong
bán dẫn (giống như các hiện tượng
phóng điện trong chất khí).
2.1. Hiệu ứng ion hóa do va chạm
trong bán dẫn đồng nhất
2.1.1. Hiện tượng
Xét hiện tượng ion hóa do va chạm các
nguyên tử tạp chất trong Ge, các mức
tạp chất này rất nông, năng lượng ion
hóa chỉ cỡ 10-2 eV, nên hiện tượng
đánh thủng đã phát hiện được khi điện
trường chỉ mới đạt cỡ V/cm và kéo dài
mãi đến khi tất cả tạp chất bị ion hóa
hết:
+ Ở nhiệt độ thấp: phần lớn hạt dẫn bị
“đông cứng” ở các nguyên tử tạp chất,
nên chúng ta dễ quan sát hiện tượng
ion hóa do va chạm và dẫn đến đánh
thủng.
+ Khi nhiệt độ tăng: tất cả các nguyên
tử tạp chất đã bị ion hóa và chúng ta
không còn quan sát được hiện tượng
ion hóa do va chạm.

2.1.2. Giải thích
-Trong điện trường yếu, cơ chế tán xạ
trên ion tạp chất hoàn toàn chi phối độ
linh động. Năng lượng của điện tử tăng
theo cường độ điện trường và độ linh
động của nó cũng tăng theo điện trường
cho đến khi cơ chế tán xạ trên dao
động mạng lấn át và làm cho độ linh
động giảm xuống sau khi đạt cực đại.
-Ngược lại với tán xạ trên ion tạp chất,
tán xạ trên dao động mạng tinh thể là
tán xạ không đàn hồi (không bảo toàn
năng lượng) nên sự tăng nồng độ điện
tử bị chững lại khi cơ chế tán xạ trên
dao động mạng chi phối hoàn toàn.
=> Sự giảm độ dẫn khi điện trường
tăng lên là do độ linh động của điện tử
giảm khi điện trường tăng và nồng độ
điện tử không còn nữa.
2.2. Hiệu ứng ion hóa do va chạm ở
chuyển tiếp p-n
2.2.1. Hiện tượng
Trong bán dẫn vùng cấm không hẹp,
hay vùng cấm rộng, ở nhiệt độ phòng,
hiện tượng ion hóa do va chạm chỉ có
thể xảy ra trong điện trường rất cao, cỡ
106 V/cm, có thể tồn tại trong các vùng

2.3. Ứng dụng
Hiệu ứng ion hóa do va chạm thường

gây nên hiện tượng đánh thủng thác lũ
trong các điôt bán dẫn và chính nó đã
giới hạn điện áp ngược của điốt bán
dẫn. Nhưng hiệu ứng ion hóa do va
chạm lại được sử dụng như là nguyên
lý hoạt động của một số linh kiện bán
dẫn.
Ví dụ: Điốt IMPATT (chữ viết tắt của
“thời gian chuyển động thác lũ ion hóa
do va chạm”) dùng để phát sóng viba
được phát minh bởi Read nên gọi là
điốt Read.
3. Hiệu ứng Zener (hiệu ứng đường
ngầm)
3.1. Hiện tượng
Trong điện trường, các mức năng
lượng như Ec, Ev trong bán dẫn sẽ bị
nghiêng đi phụ thuộc vào thế năng
trong điện trường. Nhờ hiệu ứng đường
ngầm, điện tử có thể đi từ vùng năng
lượng thấp qua vùng cấm sang vùng
năng lượng cao hơn nếu trạng thái điện
tử đến còn trống.
=> Hiệu ứng đường ngầm là một
trong những hiệu ứng làm tăng nồng
độ hạt dẫn trong điện trường mạnh!
Hiệu ứng đường ngầm xảy ra trong
điện trường rất cao cỡ 106 V/cm đối với
Si, GaAs.
3.2. Giải thích

Xét hiệu ứng đường ngầm trong trường
hợp điện trường đều, nghĩa là V(x) là
tuyến tính giữa vùng hóa trị và vùng
dẫn.
Trong điện trường đều ε=hso thế năng
V(x) thay đổi tuyến tính theo x, các
vùng năng lượng đều bị nghiêng,
chuyển động của điện tử phải tuân theo
quy luật năng lượng toàn phần H 0
không đổi.
=> Chuyển động của điện tử từ điểm A
sang điểm C về mặt bảo toàn năng
lượng toàn phần là được phép.

lớn nên có mật độ trạng thái lớn, độ
linh động của điện tử rất nhỏ.

3.2. Giải thích
Tuy nhiên, muốn thực hiện chuyển
động đó điện tử phải vượt qua 1 hàng
rào thế hình tam giác ABC có đáy
AC=a với:
E − Ev
a= c
eε
Chuyển mức như vậy không thể thực
hiện được trong trường hợp các hạt
tuân theo cơ học cổ điển.
Do tính chất sóng của điện tử, cơ học
lượng tử đã chứng minh rằng tồn tại

một xác suất khác không cho phép các
điện tử “chui” qua hàng rào thế từ A
sang C.
=> Hiệu ứng đường ngầm.
Xác suất chuyển mức đường ngầm phụ
thuộc vào chiều cao của rào, tức là∆Eg
và bề dày của hàng rào a, nghĩa là phụ
thuộc vào điện trường
 2 m* ∆E 3 2 
( g) ÷
D = D0 .exp  −

÷
2ehε
÷



Biểu thức xác suất chuyển mức đường
ngầm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn:
Xác suất điện tử “chui” qua hàng rào từ
vùng hóa trị sang vùng dẫn cũng bằng
xác suất từ vùng dẫn sang vùng hóa trị,
nhưng vì trong vùng hóa trị có nhiều
điện tử hơn trong vùng dẫn nên dòng
điện tử từ vùng hóa trị sang vùng dẫn
lớn hơn dòng ngược lại.
=> Hiệu ứng đường ngầm làm tăng
nồng độ hạt dẫn tự do!
3.3. Ứng dụng

Hiệu ứng đường ngầm thường xảy ra
trong chuyển tiếp p-n pha tạp mạnh.
Hiệu ứng đường ngầm gây nên hiện
tượng đánh thủng lớp chuyển tiếp p-n
và được sử dụng như nguyên lý hoạt
động của điôt ổn áp Zener.
Thay đổi nồng độ pha tạp trong chuyển
tiếp p-n, tức là thay đổi bề dày lớp
nghèo và điện trường trên lớp đó, bằng
cách đó có thể thay đổi điện áp đánh
thủng, tức là điện áp cần ổn định.
4. Hiệu ứng Gunn
4.1. Hiện tượng
Hiệu ứng Gunn là một trong các hiệu
ứng liên quan đến sự chuyển mức của
điện tử giữa các cực tiểu không tương
đương của vùng dẫn khi có điện trường
mạnh tác dụng vào mẫu.
Hiện tượng này do Gunn phát hiện đầu
tiên trong GaAs và InP loại n.
Trong vùng dẫn của GaAs có 1 cực tiểu
tuyệt đối tại điểm T có độ cong lớn, có
khối lượng hiệu dụng mật độ trạng thái
nhỏ, vì thế có mật độ trạng thái nhỏ, có
độ linh động của điện tử lớn.
Ngoài ra, GaAs có 1 cực tiểu cao hơn 1
khoảng rETL=0,29eV tại điểm L có độ
cong nhỏ, có khối lượng hiệu dụng và
khối lượng hiệu dụng mật độ trạng thái

4.2. Giải thích
Vì khối lượng hiệu dụng của điện tử ở
mức cực tiểu T rất nhỏ nên điện tử bị
“đun nóng” rất nhanh trong điện trường
nó đạt được khoảng năng lượng
rETL=0,29eV khi điện trường ε3kV/cm.
Trước khi đạt được năng lượng đó độ
linh động của điện tử không thay đổi
đáng kể và có giá trị khoảng 7000
cm2/V.s.
Khi điện trườngε-3kV/cm điện tử
chuyển từ mức cực tiểu T sang cực tiểu
L, nơi mà nó trở nên nặng hơn, có thời
gian hồi phục ngắn hơn, có độ linh
động nhỏ hơn trước rất nhiều, khoảng
900 cm2/V.s.
4.2. Giải thích
Vì điện tử ở cực tiểu T có (m T)* nhỏ và
µT lớn, điện tử ở cực tiểu L có (m L)* lớn
và µL nhỏ nên chúng có thể tuân theo
hai đặc trưng vd=f(ε)
khác
nhau.
- Khi điện trường nhỏ: độ dốc của
đường đặc trưng là độ linh động lớn µT
ở cực tiểu T.
- Khi điện trường lớn: độ dốc của
đường đặc trưng là độ linh động nhỏ µ L
ở cực tiểu L với giả thuyết là tất cả điện
tử chuyển sang cực tiểu L.

=> Sự thay đổi µ dẫn đến thay đổi độ
dẫn điện hay điện trở suất của mẫu.
4.3. Ứng dụng
Hiệu ứng Gunn được ứng dụng trong
điốt Gunn, trong RADAR và trong các
hệ thống viễn thông.


Câu 6:


Câu 10+11