Bài giảng Vật liệu điện - Điện tử - Chương 3: Vật liệu bán dẫn
SB-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm
trực tiếp qua rào Schottky, độ rộng của rào được điều
chỉnh bởi điện thế tại cực cổng. SB-CNTFET tiêu biểu
là loại p, khi thế cực cổng âm, độ rộng của rào sẽ giảm
cho phép các lỗ trống từ cực nguồn vào vùng hoá trị của
kênh dẫn và băng qua cực máng
MOS-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm
từ dải đến dải. Chiều cao của rào được điều chỉnh bởi
thế cực cổng, một rào thế tĩnh điện sẽ ngăn dòng điện
chảy trong kênh dẫn. Khi điện thế cực cổng dương, nó
sẽ đẩy rào này xuống và cho phép dòng điện chảy qua
17 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 19/03/2022 | Lượt xem: 256 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bài giảng Vật liệu điện - Điện tử - Chương 3: Vật liệu bán dẫn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN
VAÄTVAÄT LIEÄULIEÄU ÑIEÄN - - ÑIEÄN TÖÛ TÖÛ
Phaân bieät caùc chaát baùn daãn, daãn ñieän vaø caùch ñieän :
Taàng daãn Caáu truùc nguyeân töû cuûa
germanium ; silicon.
Wg
Wg
VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN Vuøng caám
(SEMICONDUCTOR MATERIALS) Chaát caùch ñieän Chaát baùn daãn Chaát daãn ñieän
Taàng hoùa trò
Ñôn chaát Hôïp chaát
Baùn Nguyeân toá Ng/toá nhoùm
daãn nhoùm IV AIIIBV GaAs
thuaàn Ge vaø Si II VI
1 A B CdS
KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN
Caáu truùc maïng tinh theå baùn daãn thuaàn :
Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn thuaàn :
E
Lieân
NGUYEÂN keát
TÖÛ hoùa Electron töï do
hoïc
OÂ cô baûn trong caáu truùc maïng tinh theå
Loã troáng
Ñieän daãn suaát : s
OÂ cô sôû Ge vaø Si ni .e. N P
Si coù a = 5,43 A0 OÂ cô sôû cuûa GaAs Maïng baùn daãn thuaàn
coù a= 5,65A0
KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN
Maät ñoä ñieän tích ni phuï thuoäc raát nhieàu vaøo nhieät ñoä Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn loaïi N :
Aûnh höôûng ñeán tính chaát daãn ñieän cuûa baùn daãn : E
3 Wg 3 Wg
2 . .k .T 2 3
n 2 . m #.m # 4.e 2.k.T AT 2 . e 2.k .T
i h 2 N P P Electron töï do
k : Haèng soá Boltzmann = 1,38.10- 23 (J/0K) ; e = 1,602.10-19C
h ; Haèng soá Planck = 6,625.10- 34 (Js) ; m = 9,108.10- 31 Kg
#
mN : Si = 0,98m ; Ge = 1,64m ; GaAs = 0,067m Loã troáng P
#
mP : Si = 0.49m ; Ge = 0,28m ; GaAs = 0,45m
P P
0 0
Wg(0) (eV) (eV/ K) ( K)
2
.T Si 1,17 4,37.10 - 4 636
Wg T Wg 0
T - 4
Ge 0,74 4,77.10 235 Ñieän daãn suaát : s nd .e. N
GaAs 1,519 5,40.10 - 4 204
5
KHAÙI QUAÙT VEÀ BAÙN DAÃN TIEÁP XUÙC P/N
Nguyeân lyù daãn ñieän cuûa vaät lieäu baùn daãn loaïi P : Haït taûi ña soá Haït taûi ña soá
E
Haït Haït
taûi E taûi
B Electron töï do thieåu thieåu
soá soá
B
Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N
Loã troáng B U 1
T 2.e.N .U 2
X a 0
kT N a .N d d N
U TX U 0 ln e.Nd .Na Nd
B B 2 1
e ni dP d
2.e .N .U 2
e e e N d 0
= ì 0 d N Na d P
e.Na .Na Nd
7 d N 1
10 12 P d
e 8,856.10 F / m 2.e N N 2
Ñieän daãn suaát : s n .e. 0 2 a d
a P 4. .c d d N dP U 0
e Na .Nd
TIEÁP XUÙC P/N TIEÁP XUÙC P/N
Haït Doøng haït thieåu soá I0 EN Haït
Haït taûi ña soá
taûi Haït taûi ña soá taûi
thieåu thieåu
soá I0 soá
E
Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N
D D
Maät ñoä doøng J e.n2 P N (A/ m2 )
baõo hoøa ngöôïc 0 i
LP Nd LN Na
9 10
TIEÁP XUÙC P/N TIEÁP XUÙC P/N
Haït Doøng daãn thuaän I EN Haït
Haït taûi ña soá D
taûi Haït taûi ña soá taûi
thieåu thieåu
soá soá
E
ID
Baùn daãn loaïi P Baùn daãn loaïi N
e.U U D
Doøng ñieän daãn thuaän k .T .VT
qua tieáp xuùc I I 0 .e I 0 .e
11 : heä soá ñieàu chænh 1 < <2 12
TIEÁP XUÙC P/N TIEÁP XUÙC P/N
Moät soá coâng thöùc quan troïng cuûa tieáp xuùc P/N :
e.U e.U
Quan heä giöõa haït P N P .exp 0 ; N N N .exp 0
ña soá vaø thieåu soá P a N k.T N d P k.T
1
e e 2 1
Ñieän dung rieâng cuûa .e.Na .Nd 2 2
CJ .U J F / m
vuøng troáng CJ= C/s dN d P 2.Na Nd
e.N .N + : pc nghòch
Ñieän aùp treân tieáp U U U a d d 2
xuùc khi tieáp xuùc J 0
2.e .Na Nd - : pc thuaän
UD .e
Doøng qua tieáp xuùc I I .e.k.T 1 UD (+) khi pc thuaän
theo höôùng töø PN 0
UD (-) khi pc nghòch
13 14
TIEÁP XUÙC P/N DIODE BAÙN DAÃN
Ma ët gheùp
Anode Cathode
Hieän töôïng ñaùnh thuûng tieáp giaùp P/N : Caáu taïo : P N
Ñieän tröôøng tieáp xuùc tieáp tröôøng N P Ñieän töø höôùng c où
Vuøng ngheøo
- + ID
Ñaùnh thuûng thaùc luõ : Do haït A K
Ñoaïn phaân cöïc nghòch Kyù hieäu : Anode (A) Cathode (K)
thieåu soá taêng toác theo ñieän aùp Vz UAK
0v .6 .7
gaây ion hoùa caùc nguyeân töû -
+ Thöïc teá :
qua va chaïm doøng thaùc luõ. Vuøng Zener A K
Vuøng thaùc luõ (Vz) giaûm gaàn Ñoaïn phaân cöïc thuaän vaøi chuïc mA
Izmax
truïc tung khi taêng caùc kích Ñaëc tuyeán
giôùi haïn coâng
thích trong lôùp P vaø N suaát
VBR UAK
0v
Ñaëc tuyeán : 0,6v 0,7v
Ñaùnh thuûng xuyeân haàm : Khi maät ñoä tap chaát trong baùn daãn Ñieän aùp I0
- ñaùnh 1 2
taêng ETX lôùn gaây ra hieäu öùng xuyeân haàm loâi keùo caùc e thuûng
trong vuøng hoùa trò cuûa lôùp P vöôït qua UTX chaûy sang lôùp N
Ñoaïn phaân cöïc nghòch Ñoaïn phaân cöïc thuaän
- + + -
Ñaùnh thuûng nhieät : Xaûy ra do tích luõy nhieät trong vuøng tieáp A K A K
xuùc vöôït quaù giôùi haïn Hö hoûng vónh vieãn tieáp xuùc Ñaëc tuyeán Voân-Ampe 1 Phaân cöïc thuaän: chöa daãn
ñieån hình cuûa Diode 2 Phaân cöïc thuaän: daãn
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN DIODE BAÙN DAÃN
Diode chænh löu : coù maët tieáp xuùc lôùn chòu doøng taûi Aûnh höôûng cuûa ñieän dung diode :
cao thöôøng duøng naén doøng AC DC 1 Taàn soá cao XC nhoû gaây ngaén maïch
X C
2. . f .t Taàn soá thaáp XC lôùn gaàn nhö hôû maïch
Diode taùch soùng : söû duïng tieáp xuùc ñieåm ñeå ñieän dung
e
beù laøm vieäc ôû taàn soá cao CJ : Ñieän dung tieáp xuùc : CJ = .A/d .
Aûnh höôûng lôùn khi diode chöa daãn
Diode Zener : thöôøng baèng vaät lieäu Si chòu nhieät vaø toûa C0 = CJ +CD
CD = dQ/dV. Ñieän dung khueách taùn do ñieän
nhieät toát hoïat ñoäng chuû yeáu vuøng zener töø (1,8 200)V tích phun vaøo vuøng baùn daãõn khi diode daãn
RD
Diode bieán dung : coù lôùp tieáp xuùc ñaëc bieät ñeå dieän rB
dung khaù tuyeán tính vôùi ñieän aùp ngöôïc taïo soùng ñieàu Maïch thay theá Diode tính ñeán ñieän dung:
taàn deå ñieàu chænh taàn soá coäâng höôûng C0
Maïch thay theá Diode taàn soá cao :
Diode phaùt quang : thöôøng duøng baùn daãn hôïp chaát coù
möùc Wg thay ñoåi ñieàu chænh ñöôïc theo noàng ñoä taïp chaát, CJ hay CD
1
söû duïng yeáu toá phaùt saùng böôùc soùng nhìn thaáy ñöôïc L.w L.C.w 2 1 Khaéc phuïc aønh höôûng cuûa C
khi phaân cöïc thuaän coù söï taùi hôïp e- vaø loã troáng C.w Duøng L maéc // diode
DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN
Aønh höôûng cuûa thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc:
Khi maïch chuyeån töø thôøi gian daãn sang
ngöng daãn do caùc haït ñieän tích coøn löu laïi Thôøi gian
+ ôû N vaø – ôû P caàn thôøi gian trôû veà traïng suy giaûm tt
thaùi ban ñaàu giôùi haïn taàn soá laøm vieäc Thôøi gian
duy trì tS
Thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc trr
Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä:
Nhieät ñoä aûnh höôûng thay ñoåi maät ñoä Doøng
laøm
vieäc
ñieän tích ni , ñoàng thôøi laøm thay ñoåi ñieän
aùp tieáp xuùc U0 vaø doøng ngöôïc baõo hoøa J0
Diode ñöôïc öùng duïng laøm caûm bieán Suït aùp treân Diode
nhieät
20
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN
Diode chænh löu Caùc loïai diode daùn Diode Zener Light Emitting Diode
DIODE
+
Led
Diode chænh löu caàu Diode coâng suaát lôùn Diode taùch soùng Varicap diode Photo diode
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN
Gioáng nhö Diode, LED (Light Emitting Diode – Diode phaùt quang) chæ
daãn ñieän theo moät chieàu töø A K (chieàu thuaän) vaø khi xuaát hieän Nguyeân lyù phaùt saùng cuûa LED :
doøng ñieän thuaän (IF) thì LED phaùt saùng. Khi doøng ñieän thuaän qua LED
khoaûng 20mA thì LED ñaït ñoä saùng bình thöôøng, luùc naøy ñieän aùp thuaän
UF khoaûng vaøi V tuyø theo maøu saéc aùnh saùng.
Loaïi LED Böôùc soùng aùnh Ñieän aùp UF khi doøng qua LED khoaûng
saùng 20mA
Ñoû 650nm 1,6 1,8V
Cam 635nm 2V
Vaøng 585nm 2,2V
Xanh laù caây 565nm 2,4V
Xanh da trôøi 470nm 3V
23
CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN CAÙC LOÏAI DIODE BAÙN DAÃN
Phương thức Ưu điểm Nhược điểm
Red + green + blue _Thao tác dễ dàng Đòi hỏi các thao tác phức
_Màu sắc rõ ràng tạp
_Gam màu rộng Thiếu màu lục và vàng
UV + RGB Phosphor _Màu sắc rõ ràng Phosphors phụ thuộc vào
_Photphors xác định nhiệt độ
nhiệt độ ban đầu Việc sử dụng phosphors
của màu sắc. có hiệu quả không cao
_Về lý thuyết thì chế tạo Điện thế bị hao hụt bởi sự
đơn giản. rò rỉ của tia cực tím
Blue+Yellow Phosphor _Màu sắc đẹp Phosphors phụ thuộc vào
_Việc chế tạo tương đối nhiệt độ
đơn giản Việc sử dụng phosphor có
hiệu quả không cao
25
PHOÁI HÔÏP MAØU QUANG PHOÅ ÑIEÄN TÖØ
Phoái hôïp caùc maøu phaùt saùng cuûa LED TRẮNG:
Semiconduct
Wavelength
Color Name or
(Nanometers)
Composition
Infrared 880 GaAlAs/GaAs
GaAlAs/GaAl
Ultra Red 660
As
Super Red 633 AlGaInP
Super Orange 612 AlGaInP
Orange 605 GaAsP/GaP
Yellow 585 GaAsP/GaP
Incandescent
4500K (CT) InGaN/SiC
White
Pale White 6500K (CT) InGaN/SiC
Cool White 8000K (CT) InGaN/SiC
Pure Green 555 GaP/GaP
Super Blue 470 GaN/SiC
Blue Violet 430 GaN/SiC
Ultraviolet 395 InGaN/SiC 28
VAÄT LIEÄU BAÙN DAÃN QUANG Caùc linh kieän baùn daãn
VAÄT LIEÄU Wg(eV) VAÄT LIEÄU Wg(eV)
AlXIn1-XP 1,351+2,23x GaXIn1-XAs 0,36+1,064x
2
AlXGa1-XAs 1,424+1,247x GaXIn1-XSb 0,172+0,139x+0,145x
2 2
AlXIn1-XAs 0,36+2,012x +0,698x GaPXAs1-X 1,424+1,15x +0,176x
2 2
AlXGa1-XSb 0.726+1,129x+0,368x GaAsXSb1-X 0,726+0,502x+1,2x
2 2
AlXIn1-XSb 0,172+1,621x+0,43x InPXAS1-X 0,36+0,891x +0,101x
2 2
GaXIn1-XP 1,351+0,643x+0,786x InAsXSb1-X 0,18+0,41x +0,58x
TO-126 FM
TO-92 TO-3
MOD
TO-126
TO-92
MOD
C
B
C
B E
C E
E E
C B
B
E
C TO-220FM
B
TO-3P
34 8 TO-3PFM
TO-220C FM
h. c 6,625.10Js . 3.10 m / s 1, 24 TO-220AB
B
C
E
() m B
C
19 E
B
B C
29 C E 30
WgWg( eV ). 1,602.10 J Wg() eV E
Caùc linh kieän baùn daãn BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS)
NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG:
ICBO
E C
IE IC
IE IC
IB
B IB
31 32
JFET (JUNCTION FET) JFET (JUNCTION FET)
2
Drain(D)
CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU: NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG: VGS
IID DSS 1
Drain(D) Keânh P
VP
ID(mA)
Keânh N D ID
N P N VGS = 0V
IDSS 8
P N P Gate (G) 7
Gate (G) + 6
Vuøng Source(S) VDD 5 VGS = -1V
G P P 4
Vuøng ngheøo
Source(S) Keânh 3
ngheøo D D VGS
e e VGS = -2V
ID Ne 2
G G ID e
VGS 1 VGS = -3V
V VDS
S IS P
VGS VGS 0
-4 -3 -2 -1 VP
S S
ID = 0mA VGS = -4V
33 34
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor
FET) D_MOSFET (DEPLETION MOSFET)
2
CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU D_MOSFET: VGS
SãO2 II1
SãO D DSS
2 ID V
D D P
D RD
P ID(mA)
Kehèh DÛãè P VGS > 0V
N Kehèh DÛãè N N Kehèh N
+
VGS = 0V
G Ñeg N +e IDSS 8
G Ñeg P SS +
G e 7
SS + Ñeg P VDD
P e SS 6
N +
V 0V +
S VGSGSGS= 0V 5 VGS = -1V
S N 4
D D
D D 3
S VGS = -2V
G G G G 2
SS SS IS
SS VGS 1 VGS = -3V
V VDS
S S S S P
0
-4 -3 -2 -1 VP
ID = 0mA VGS = -4V
35 36
E_MOSFET (ENHANCEMENT MOSFET) E_MOSFET (ENHANCEMENT MOSFET)
CAÁU TAÏO VAØ KYÙ HIEÄU E_MOSFET:
SãO2 2
SãO
2 ID I k V V
D D D GS T
D RD
P
N N
ID(mA) ID(mA)
e e
G Ñeg N 8 8
G Ñeg P SS e +
G 7 7 VGS = 10V
SS e Ñeg P VDD
P e SS 6 6
N
VVGSGS=> 0V0V e e 5 5
S VGS = 8V
S N 4 4
D D
D D 3 3
S VGS = 6V
G G G G 2 2
SS IS
SS 1 1 VGS = 4V
VT
S S S S 0
0
4 8 VDS
2 6 VGS
37 38
UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR) HIEÄU ÖÙNG HALL
CAÁU TAÏO KYÙ HIEÄU VAØ NGUYEÂN LYÙ:
VEB1
B2
B2 IBB A
Vp=Va+0,6
RB2 Vuøng R aâm
D + Va
E VBB
E
P
VE RB1 Va B
N Vv Vïøèg dÛãè bÛõo hoøÛ
B1
Vïøèg ègÛot
0 IE(mA)
B1 B1 IE0 Ip Iv
E
B1 39 40
HIEÄU ÖÙNG HALL HIEÄU ÖÙNG HALL
Bz
F = e.Vx.Bz = e.Ey Ey = Vx.Bz
Bz qH
Ey Jx = Na.e.Vx hay Jx = -Nd.e.Vx
E 1 Ix - - - - -
qH Y E
RH + Ex UH 1 1
F E J .B
- - Ey- - - JX .BZ Nd.e + + + + + Y X Z EY J X .BZ
Ix Na .e
E Nd .e
+
Ex UH
F E p2 n 2
Y PN E 1 EY 1
RH Y
+ + + + JB. e p n 2 R
+ XZ PN R
E 1 H H
Y JX.BZ Na.e J X .BZ Nd.e
RH
J X .BZ Na .e
EY VX .BZ VX J X s
tgqH .BZ . RH .s
EX EX EX Na .e J X
EY VX .BZ VX J X s
tgqH .BZ . RH .s
EX EX EX Nd .e J X
41 42
ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL
ÖÙNG DUÏNG HIEÄU ÖÙNG HALL BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
CAÁU TRUÙC OÁNG NANO CARBON (CNT)
CNT Coù daïng hình trụ rỗng cuoân laïi töø maïng graphit, bao gồm
CNT một lớp (SWCNT) hoặc CNT nhiều lớp (MWCNT) laø caùc
nguyeântöû carbon lieân keát
46
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
CAÁU TRUÙC OÁNG NANO CARBON (CNT)
CAÁU TRUÙC OÁNG NANO CARBON (CNT) :
Gọi θ là góc giữa vectơ Ch và a1:
- Nếu n=0 hoặc m = 0: θ = 00, CNT có dạng zig-zag
- Nếu n=m: θ =300, CNT có cấu trúc dạng armchair
- Tất cả các CNT khác có góc chiral 00<θ<300 được gọi là
CNT dạng Chiral
47 48
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
Thực tế, cÛùc ègïyehè tử cÛìboè tự kết Trong graphen, vùng liên kết π và vùng liên kết đối
èốã lạã vớã èhÛï để hìèh thÛøèh èhãềï
loạã ốèg. π* được tạo thành từ sự phủ lên nhau giữa 2p của các
nguyên tử cạnh nhau
Cấu truùc của CNT được moâ tả bằng
vector Ch, biểu diễn chu vi toøan ống Trạng thái năng lượng 2-D (W2D) của các điện tử π
trong mặt phẳng graphen như là hàm của vevtor sóng
Ch n a1 m a 2
k và k :
Trong đó: a1, a2 là các vector đơn vị trong x y 1
mạng sáu cạnh n, m là các số nguyên 2
3kx a ky a2 k y a
W2D(, k x k y ) 0 14cos( )cos( ) 4cos( )
0 m n 2 2 2
Đối với CNT, cấu trúc dọc theo trục ống là vĩ mô, nhưng
theo hướng chu vi ống là kích thước nguyên tử Trong đó: γ0 biểu thị tích phân phủ gần nhất
a = 0,246 nm là hằng số mạng trong mặt phẳng.
Sự chồng chất bằng vectơ Chiral C dẫn đến những điều
h Dấu “±” biểu diễn vùng π và π*
kiện biên tuần hoàn theo hướng chu vi
49 50
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
Đối với ống CNT chiral, zig-zag, điều kiện biên tuần j 2
Xét CNT armchair, trục ống là như nhau theo hướng x, chu vi k
hoàn nhận được các giá trị cho phép các vectơ sóng theo: x, j
biểu diễn hướng y và điều kiện biên tuần hoàn thu được các qx a
giá trị cho phép các vector sóng theo hướng chu vi là: Cho nên ống dạng này biểu thị tính bán dẫn.
j 2 Tóm lại, tính chất bán dẫn hay kim loại của CNT được điều khiển
k y, j
Với qy n m bằng vector Ch hay bằng quan hệ của m và n.
q y 3a
Khi n m 3 q Hoặc m n : CNT là kim loại
Do đó, CNT armchair biểu thị tính chất kim loại
51 Khi n m 3 q CNT là bán dẫn (q là số nguyên) 52
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
Tính chất cơ: CNT là vật liệu siêu nhẹ, siêu bền, siêu cứng, nhẹ hơn ÖÙNG DUÏNG (CNT) SAÛN XUAÁT LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ:
thép 6 lần và bền hơn thép 100 lần. Khối lượng riêng khoảng 1,4 g/cm3
Tính chất nhiệt: Độ bền nhiệt của CNT rất lớn, trong chân không CNT
vẫn bền ở 2800oC, trong không khí vẫn bền tới 750oC
Tính chất điện: Đãệè tìở sïÛgt củÛ ốèg èÛèo cÛìboè vÛøo cỡ 10-4Ω/cm ở
270C, mật độ doøèg đãệè tìoèg ốèg lớè hơè 107A/cm2, lyùthïyết dự kãegè
lớè hơè 1013A/cm2.
Phöông phaùp cheá taïo: Hãeäè èÛy ègö zøã tÛ chegtÛïo CNT bÛèèg èhãeàï
phö zèg phÛùp èhö : Phoùèg ñãeäè hoàqïÛèg coù vÛøkhohèg coù CoBÛè, pp
dïøèg LÛzeì, pp èghãeàè bã , pp tokèg hzïp tö øègoïè lö ûÛ hÛy pp bÛy hzã
lÛoèg ñoïèg.
ÖÙng duïng CNT: CNT ñözïc ö ùèg dïïèg sÛûè xïÛgt cÛùc lãèh kãeäè ñãeäè tö û
èhö vã mÛïch, vã xö ûlyù.v.v. ö ùèg dïïèg tìoèg cohèg ègheäsãèh hoïc, vÛät lãeäï
tokèg hzïp vÛøèhãeàï ègÛøèh khoÛ hoïc khÛùc. 53 54
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
ÖÙNG DUÏNG (CNT) SAÛN XUAÁT LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ: ÖÙNG DUÏNG (CNT) SAÛN XUAÁT LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ:
CNTFET thẳng đứng :
Cấu trúc này có cực cổng bao
xung quanh được giới thiệu bởi
Choi và cộng sự vào năm 2004.
Kích thước của transistor có thể
nhỏ bằng đường kính của CNT
CNTFET cổng sau được giới thiệu vào năm 1998, CNT chỉ
Các bước chế tạo: Sự hình thành lỗ nanô bằng cách xử lý anốt, tiếp
đơn giản đặt trên các điện cực nên các đường đặc trưng của
theo là tổng hợp CNT, hình thành điện cực kim loại, sự lấy mẫu và
nó tương đối xấu, điện trở tiếp xúc lớn.
lắng đọng lớp ôxít và cuối cùng là hình thành điện cực cổng
Vãệc chọè kãểï dÛùèg hìèh học củÛ lãèh kãệè tốt hơè gãïùp
cho sö ïhoạt độèg tốt hơè. CNTÀET cổèg tìö zùc tăèg đãệè Mỗi giao điểm của cực nguồn và máng với một CNT đơn thẳng
đứng tương ứng với mỗi transistor.
tìườèg vÛølÛøm gãảm đãệè tìở tãếp xïùc. 55 56
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET: CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET:
Schottky Barrier CNT-FET Doped reservoir CNT-FET
Nguyên lý hoạt động cơ bản của CNTFET giống như của
Minh họa sơ đồ khối SB-CNTFET và MOS-CNTFET.
MOSFET, các điện tử được cung cấp bởi cực nguồn và
Transistor này có bề dày lớp ôxít cổng ZrO2 là 2 nm,
cực máng sẽ thu điện tử. Cực cổng sẽ điều khiển mật độ
hằng số điện môi là 25. Kênh dẫn là một CNT loại zig-zag
dòng điện chảy trong kênh dẫn. Có thể chia ra làm 2 dạng
(13,0) có d=1nm và năng lượng vùng cấm Eg=0.8eV
57 SB-CNTFETvà MOS-CNTFET 58
BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO BAÙN DAÃN TRONG COÂNG NGHEÄ NANO
NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET: NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA CNT-FET:
SB-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm Dòng điện ID của CNTFET được xác định bởi:
trực tiếp qua rào Schottky, độ rộng của rào được điều
I dETEfEE. fEE
chỉnh bởi điện thế tại cực cổng. SB-CNTFET tiêu biểu D FS FD
là loại p, khi thế cực cổng âm, độ rộng của rào sẽ giảm
Với: T(E) là hệ số truyền dẫn từ nguồn tới máng (0<T(E)<1)
cho phép các lỗ trống từ cực nguồn vào vùng hoá trị của E , E là mức năng lượng Fermi tại cực nguồn, máng
kênh dẫn và băng qua cực máng FS FD
MOS-CNTFET làm việc dựa trên nguyên lý xuyên hầm Đới với SB-CNTFET, dòng rò nhỏ nhất ước tính được khi
từ dải đến dải. Chiều cao của rào được điều chỉnh bởi dòng điện của lỗ trống và điện tử là bằng nhau.
thế cực cổng, một rào thế tĩnh điện sẽ ngăn dòng điện
8ekB T EGDS qV
chảy trong kênh dẫn. Khi điện thế cực cổng dương, nó ITED ( ) exp
sẽ đẩy rào này xuống và cho phép dòng điện chảy qua h2 kB T
59 60
TÍNH CHAÁT CÔ HOÏC CUÛA OÁNG NANO CARBON TÍNH CHAÁT NHIEÄT VAØ ÑIEÄN CUÛA CNT
Khối lượng riêng Điện trở suất CNTs Độ bền CNTs theo mật độ dòng
Độ bền gấp 20 lần
thép siêu bền So sánh dẫn nhiệt Độ bền nhiệt trong
Hệ số Young 61 của CNTs chân không lên tới 2800oC 62
HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ CHEÁ TAÏO CNTS CAÙP SÔÏI QUANG
Sợi quang dẫn là một hệ thống dẫn sáng hình trụ, trong đó ánh
sáng được truyền dẫn nhờ có sự phản xạ toàn phần
LÔÙP PHAÛN QUANG
(CLADDING)
Û
VOÛ BOÏC LOÕI TRÏYEÀN
SOÙNG (CORE)
Sơ đồ hệ thiết bị tạo CNTs bằng phương pháp CVD
63 64
CAÙP SÔÏI QUANG CAÙP SÔÏI QUANG
CÁP CHÔN TRỰC TIẾP PHI KIM LOẠI CÁP ĐI CỐNG KIM LOẠI OJPFJFLAP- CÁP CHÔN TRỰC TIẾP KIM LOẠI CÁP TREO KIM LOẠI OJPFJFLAPSS-
OJPFJFEKE-LT9/125-*C (VINA- GSC) LT 9/125 *C (VINA- GSC) OJFPIFLAPSP-LT9/125-*C (VINA-GSC) LT 9/125 *C (VINA-GSC)
65 66
CAÙP SÔÏI QUANG CAÙP SÔÏI QUANG
CÁP THẢ SÔNG (VINA-GSC)
è2 TIA KHÏÙC XAÏ
ã
t ãpx
qM
è0 è1 Û TIA PHAÛN XAÏ TOAØN PHAÀN
n2
Goùc khïùc xÛïtzùã hÛïè : iKX max arcsin
n1 NA = Sãè (qMAX)
2 2
Goùc phÛûè xÛïtzùã hÛïè : iPX max arcsin n 1 n 2 ÑK: è1 > N2
1 2 2
Goùc èhÛäè tzùã hÛïè : q arcsinn 1 n 2
max n0
67 68
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_vat_lieu_dien_dien_tu_chuong_3_vat_lieu_ban_dan.pdf