v °t lÝ bÁn dẪn - iop.vast.ac.vnnvthanh/cours/vatlybandan/ch1.pdf · 3 ngô văn thanh –...

VẬT LÝ BAN DÂN

PGS. TS. Ngô Văn Thanh

Viện Vật Lý

Hà Nội - 2018

Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2018 2

Tài liệu tham khảo

[1] Donald A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 4th Ed. (The McGraw-Hill NY, 2011)

[2] Peter Y. Yu and Manuel Cardona, Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties, 4th Ed. (Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010)

[3] Robert F. Pierret, Advanced Semiconductor Fundamentals, 2nd Ed. (Prentice Hall 2002)

[4] Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, Giáo trình vật lý bán dẫn, (NXB KHKT Hà nôi, 2001)

[5] Đỗ Xuân Thụ, Dụng cụ bán dẫn, (NXB ĐH&THCN, 1985)

[6] Chihiro Hamaguchi, Basic Semiconductor Physics, 3rd Ed. (Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010)

Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/vatlybandan/

Email : [email protected]


CHƯƠNG 1. CÂU TRUC TINH THÊ CUA CHÂT RĂN

1. Vât liêu ban dân

2. Cac loai chât răn

3. Cac loai mang không gian

4. Câu truc kim cương

5. Liên kêt nguyên tư

6. Sai hong mang va tap chât


1. Vật liệu ban dân

Khai quat

Ban dân: Kim loai >< Điên môi

Phân loai theo nhom trên bang tuân hoan Mendeleev

• Nhom IV: Silicon (Si), Germanium (Ge)

• Hơp chât giưa nhom III va nhom V:

AlP (Aluminum phosphide); AlAs (Aluminum arsenide)

GaP (Gallium phosphide); GaAs (Gallium arsenide)

InP (Indium phosphide)

Co thê la hơp chât giưa cac nguyên tố tuôc nhom II va nhom VI

III IV V

B Boron

C Carbon

Al Aluminum

Si Silicon

P Phosphorus

Ga Gallium

Ge Germanium

As Arsenic

In Indium

Sb Antimony


1. Vật liệu ban dân

Chât ban dẫn phô dụng

Chât ban dân đơn nguyên tư : Si + Ge

• Si : đươc sư dụng nhiêu trong cac mach tich hơp integrated circuits (IC – vi mach).

Hơp chât ban dân 2 thanh phân : GaAs + GaP

• GaAs: ưng dụng nhiêu trong cac thiêt bi quang hoc, cac thiêt bi tốc đô cao.

Hơp chât ban dân 3 thanh phân: Alx Ga1-x As; 0 x 1

• x : ty lê hơp kim (%) giưa GaAs va AlAs

III IV V

B Boron

C Carbon

Al Aluminum

Si Silicon

P Phosphorus

Ga Gallium

Ge Germanium

As Arsenic

In Indium

Sb Antimony


2. Cac loai chât răn

Cac loai chât răn

Phân loai: co 3 loai cơ ban

Phân loai dưa trên kich thươc

vung tinh thê co cac nguyên

tư/phân tư đươc săp xêp co trật tư

Vô đinh hinh Đa tinh thê Đơn tinh thê



Ô tôi gian va ô đơn vi

Ô đơn vi:

Môt khối hôp co thê tich be ma no co thê dung đê mơ rông ra toan bô tinh thê

Ô đơn vi không phai la đơn nhât, co nhiêu cach chon ô đơn vi.

Ô tối gian:

Ô đơn vi co thê tich nho nhât

Vector mang

Hăng số mang:

Ô tôi gian



Câu truc tinh thê cơ ban

Số nguyên tư trong môt ô đơn vi cua mang SC:

• Số nguyên tư ơ goc : 8

• Số ô co chung nguyên tư ơ goc: 8

SC

Lập phương

đơn giản

BCC

Lập phương

tâm khôi

FCC

Lập phương

tâm măt



Măt phăng mang va chi sô Miller

Vector mang :

Măt phăng căt 3 vectors tai :

Chi số Miller

Lâp cac số nghich đao:

Mâu số chung nho nhât : 6

Chi số Miller :

• Ky hiêu:

• Con đươc goi la chi số măt phăng mang (236)

Xac đinh chi số Miller cua măt ơ hinh bên:

(100)



Cac hương cua tinh thê

Ky hiêu :

• h, k, l : 3 số nguyên tương ưng vơi 3 thanh phân cua môt vector đinh hương.

Mang lâp phương :

• Vector đinh hương vuông goc vơi măt phăng mang

• Chi số hương trung vơi chi số Miller

măt (100) hương [100]



Cac chât ban dẫn phô dụng: Si & Ge Thuôc nhom IV

Co câu truc kim cương (diamon): thuôc câu truc FCC (lâp phương tâm măt)

Mang con (sublattice) : khối tư diên, giống như mang BCC bi thiêu 4 nut mang

Số nut mang lân cân gân nhât : 4



Câu truc cac hơp chât ban dẫn: GaAs

Co câu truc zinc-blende (sphalerite) : quăng ZnS

Co dang như mang xêp chăt : ABCABC

• A: lơp nguyên tư As ơ bê măt; B: lơp nguyên tư Ga; C: lơp nguyên tư As ơ tâm măt

Co 2 mang con la 2 khối tư diên lồng vao nhau

• 1 Ga + 4 As lân cân; 1 As + 4 Ga lân cân



Trang thai bên vưng cua tinh thê chât răn Cưc tiêu năng lương ơ trang thai cân băng nhiêt

Cac nguyên tư găn kêt lai vơi nhau: nhơ liên kêt giưa cac nguyên tư

• Tương tac: hut + đây = cân băng

Liên kêt Ion (ionic): cho va nhân điên tư hoa tri = Ion dương/Ion âm • Liên kêt giưa cac ions tich điên trai dâu (+/-) tương tac hut Coulomb

• Tương tac đây: khi 2 nguyên tư gân nhau nguyên ly loai trư Pauli

• Vi dụ: phân tư muối NaCl = Na+ + Cl-



Liên kêt công hoa tri (covalent): giưa 2 Ions tich điên cung dâu • tương tac giưa cac điên tư ơ lơp vo hoa tri

• Cac điên tư dung chung lâp đây vung hoa tri

• Vi dụ: nguyên tư Hydro: câu hinh electron 1s1

co 1e- cân thêm 1e- đê lâp đây lơp 1s

• Vi dụ : Silicon (Si) : thuôc nhom IV co câu hinh điên tư 2, 8, 4 = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

cân co thêm 4e- đê lâp đây lơp 3p

• Question: Sư khac nhau giưa phân tư H2 va tinh thê Si ?



Liên kêt kim loai (metallic)

Thuôc loai liên kêt hoa hoc

Tương tac hut :

giưa cac điên tư dân (dang đam mây)

va cac Ion dương kim loai

• Lưc hut tinh điên (electrostatic attractive force)

Liên kêt Van der Waals

Yêu nhât trong số cac loai liên kêt hoa hoc

Co măt trong chât răn co nhiêt đô nong chay thâp

• Thương ơ thê khi tai nhiêt đô phong

Tương tac giưa cac lương cưc điên sinh ra bơi sư phân bố không đối xưng cua cac điên tich trong mỗi nguyên tư


6. Sai hong mang và tap chât

Sai hong mang (imperfection)

Sai hong tai nut mang (point defect)

Nut mang bi thiêu nguyên/phân tư

tao nên khoang trống

(lỗ hông - vacancy)

Co thêm nguyên tư chen vao khoang trống giưa cac nut mang interstitial

Hê qua:

• biên dang hinh hoc

thay đôi đô dai liên kêt

thay đôi tinh chât điên

Sai hong Frenkel

Khi co nhiêu sai hong điêm gân nhau

tương tac giưa cac sai hong điêm

vacancy interstitial

Sai hong biên vi (line dislocation)


6. Sai hong mang và tap chât

Tap chât

Tap chât: cac nguyên tư khac loai

Tap chât thay thê vao đung vi tri nut mang (Substitutional impurity)

Tap chât chen vao giưa cac nut mang (Interstitial impurity)

Vi dụ:

Si + tap chât Oxy chât trơ

Si + tap chât Au/P lam thay đôi rât nhiêu đên tinh chât điên cua vât liêu

Ban dân pha tap (doping)

Khuêch tan tap: nồng đô hat cao ơ bê măt nồng đô hat thâp bên trong

Cây ion tap: gia tốc đông năng cua ion tap ( 50 keV) băn vao bê măt chât răn

v °t lÝ bÁn dẪn - iop.vast.ac.vnnvthanh/cours/vatlybandan/ch1.pdf · 3 ngô văn thanh –...

Documents