Lời nói đầu
Linh kiện điện tử là kiến thức và kỹ năng trong bước đầu và cơ bản của ngành điện tử. Giáo trình được biên soạn từ những bài giảng của tác giả trong nhiều năm qua tại Khoa Công Nghệ và Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Cần Thơ và những Trung Tâm Giáo dục đào tạo tiếp tục ở đồng bằng sông Cửu Long sau quy trình sửa chữa thay thế và update .Giáo trình hầu hết dùng cho sinh viên chuyên ngành Điện Tử Viễn Thông và Tự Động Hóa. Các sinh viên khối Kỹ thuật và những ai ham thích điện tử cũng tìm thấy ở đây nhiều điều có ích .
Giáo trình bao gồm 9 chương:
Từ chương 1 đến chương 3: Nhắc lại một số kiến thức căn bản về vật lý vi mô, các mức
năng lượng và dải năng lượng trong cấu trúc của kim loại và chất bán dẫn điện và dùng nó như
chìa khóa để khảo sát các linh kiện điện tử.
Bạn đang đọc: Giáo trình linh kiện điện tử ( Trương Văn Tám – ĐH Cần Thơ ) 3699 – Lời nói đầu Linh kiện điện tử là – StuDocu
Từ chương 4 đến chương 8 : Đây là đối tượng người tiêu dùng chính của giáo trình. Trong những chương này, ta khảo sát cấu trúc, chính sách hoạt động giải trí và những đặc tính đa phần của những linh kiện điện tử thông dụng. Các linh kiện quá đặc biệt quan trọng và ít thông dụng được trình làng ngắn gọn mà không đi vào phân giải .Chương 9 : Giới thiệu sự hình thành và tăng trưởng của vi mạch. Người viết chân thành cảm ơn anh Nguyễn Trung Lập, Giảng viên chính của Bộ môn Viễn Thông và Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Cần Thơ đã đọc kỹ bản thảo và cho nhiều quan điểm quý báu .Cần Thơ, tháng 12 năm 2003
Trương Văn Tám
Mục lục
- Chương I…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ———
- MỨC NĂNG LƯỢNG VÀ DẢI NĂNG LƯỢNG………………………………………………………………………………………………………….
- I. KHÁI NIỆM VỀ CƠ HỌC NGUYÊN LƯỢNG:…………………………………………………………………………………………………..
- II. PHÂN BỐ ĐIỆN TỬ TRONG NGUYÊN TỬ THEO NĂNG LƯỢNG:…………………………………………………………………..
- III. DẢI NĂNG LƯỢNG: (ENERGY BANDS)…………………………………………………………………………………………………………
- Chương II………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
- SỰ DẪN ĐIỆN TRONG KIM LOẠI………………………………………………………………………………………………………………………….
- I. ĐỘ LINH ĐỘNG VÀ DẪN XUẤT:………………………………………………………………………………………………………………….
- II. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CHUYỄN ĐỘNG CỦA HẠT TỬ BẰNG NĂNG LƯỢNG:……………………………………..
- III. THẾ NĂNG TRONG KIM LOẠI:
- IV. SỰ PHÂN BỐ CỦA ĐIỆN TỬ THEO NĂNG LƯỢNG:……………………………………………………………………………………..
- V. CÔNG RA (HÀM CÔNG):………………………………………………………………………………………………………………………………
- VI. ĐIỆN THẾ TIẾP XÚC (TIẾP THẾ):
- Chương III……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN
- I. CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN THUẦN HAY NỘI BẨM:…………………………………………………………………………………………..
- II. CHẤT BÁN DẪN NGOẠI LAI HAY CÓ CHẤT PHA:………………………………………………………………………………………
-
- Chất bán dẫn loại N: (N – type semiconductor)…………………………………………………………………………………………………
-
- Chất bán dẫn loại P:………………………………………………………………………………………………………………………………………
-
- Chất bán dẫn hỗn hợp:
-
- III. DẪN SUẤT CỦA CHẤT BÁN DẪN:……………………………………………………………………………………………………………….
- IV. CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN:……………………………………………………………………………………………..
- V. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC:…………………………………………………………………………………………………………………………
- Chương IV……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- NỐI P-N VÀ DIODE…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- I. CẤU TẠO CỦA NỐI P-N:……………………………………………………………………………………………………………………………….
- II. DÒNG ĐIỆN TRONG NỐI P-N KHI ĐƯỢC PHÂN CỰC:…………………………………………………………………………………
-
- Nối P-N được phân cực thuận:………………………………………………………………………………………………………………………..
-
- Nối P-N khi được phân cực nghịch:………………………………………………………………………………………………………………..
-
- III. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN NỐI P-N:………………………………………………………………………………………………..
- IV. NỘI TRỞ CỦA NỐI P-N…………………………………………………………………………………………………………………………………
-
- Nội trở tĩnh: (Static resistance)……………………………………………………………………………………………………………………….
-
- Nội trở động của nối P-N: (Dynamic Resistance)………………………………………………………………………………………………
-
- V. ĐIỆN DUNG CỦA NỐI P-N……………………………………………………………………………………………………………………………
-
- Điện dung chuyển tiếp (Điện dung nối)……………………………………………………………………………………………………………
-
- Điện dung khuếch tán. (Difusion capacitance)………………………………………………………………………………………………….
-
- VI. CÁC LOẠI DIODE THÔNG DỤNG…………………………………………………………………………………………………………………
-
- Diode chỉnh lưu:
-
- Diode tách sóng……………………………………………………………………………………………………………………………………………
-
- Diode schottky:…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
-
- Diode ổn áp (diode Zenner):…………………………………………………………………………………………………………………………..
-
- Diode biến dung: (Varicap – Varactor diode)……………………………………………………………………………………………………
-
- Diode hầm (Tunnel diode)……………………………………………………………………………………………………………………………..
-
- Bài tập cuối chương………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- Chương V…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- TRANSISTOR LƯỠNG CỰC
- I. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA BJT…………………………………………………………………………………………………………………………
- II. TRANSISTOR Ở TRẠNG THÁI CHƯA PHÂN CỰC………………………………………………………………………………………..
- III. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR LƯỠNG CỰC………………………………………………………………………………
- IV. CÁC CÁCH RÁP TRANSISTOR VÀ ĐỘ LỢI DÒNG ĐIỆN………………………………………………………………………………
- V. DÒNG ĐIỆN RỈ TRONG TRANSISTOR………………………………………………………………………………………………………….
- VI. ĐẶC TUYẾN V-I CỦA TRANSISTOR…………………………………………………………………………………………………………….
-
- Mắc theo kiểu cực nền chung:………………………………………………………………………………………………………………………..
-
- Mắc theo kiểu cực phát chung………………………………………………………………………………………………………………………..
-
- Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đặc tuyến của BJT…………………………………………………………………………………………..
-
- VII. ĐIỂM ĐIỀU HÀNH – ĐƯỜNG THẲNG LẤY ĐIỆN MỘT CHIỀU…………………………………………………………………….
- VIII. KIỂU MẪU MỘT CHIỀU CỦA BJT………………………………………………………………………………………………………………
Contents
- Chương I
- MỨC NĂNG LƯỢNG VÀ DẢI NĂNG LƯỢNG………………………………………………………………………………………………………….
- I. KHÁI NIỆM VỀ CƠ HỌC NGUYÊN LƯỢNG:…………………………………………………………………………………………………..
- III. DẢI NĂNG LƯỢNG: (ENERGY BANDS)…………………………………………………………………………………………………………
- II. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CHUYỄN ĐỘNG CỦA HẠT TỬ BẰNG NĂNG LƯỢNG:……………………………………..
- HẠT TỬ BẰNG NĂNG LƯỢNG:
- ∫∫ γ=γ=ρ=
- V. CÔNG RA (HÀM CÔNG):………………………………………………………………………………………………………………………………
- MỨC NĂNG LƯỢNG VÀ DẢI NĂNG LƯỢNG………………………………………………………………………………………………………….
Chương I
MỨC NĂNG LƯỢNG VÀ DẢI NĂNG LƯỢNG………………………………………………………………………………………………………….
Trong chương này đa phần nhắc lại những kỹ năng và kiến thức cơ bản về cơ học nguyên lượng, sự phân bổ điện tử trong nguyên tử theo nguồn năng lượng, từ đó hình thành dải nguồn năng lượng trong tinh thể chất bán dẫn. Để học chương này, sinh viên chỉ cần có kỹ năng và kiến thức tương đối về vật lý và hóa học đại cương. Mục tiêu cần đạt được là hiểu được ý nghĩa của dải dẫn điện, dải hóa trị và dải cấm, từ đó phân biệt được những chất dẫn điện, bán dẫn điện và cách điện .
I. KHÁI NIỆM VỀ CƠ HỌC NGUYÊN LƯỢNG:…………………………………………………………………………………………………..
Ta biết rằng vật chất được cấu trúc từ những nguyên tử ( đó là thành phần nhỏ nhất của nguyên tố mà còn giữ nguyên đặc thù của nguyên tố đó ). Theo quy mô của nhà vật lý Anh Rutherford ( 1871 – 1937 ), nguyên tử gồm có một nhân mang điện tích dương ( Proton mang điện tích dương và Neutron trung hoà về điện ) và 1 số ít điện tử ( electron ) mang điện tích âm hoạt động chung quanh nhân và chịu ảnh hưởng tác động bởi lực hút của nhân. Nguyên tử luôn luôn trung hòa điện tích, số electron quay chung quanh nhân bằng số proton chứa trong nhân – điện tích của một proton bằng điện tích một electron nhưng trái dấu ). Điện tích của một electron là – 1,602 – 19C oulomb, điều này có nghĩa là để có được 1 Coulomb điện tích phải có 6,242 18 electron. điện tích của điện tử hoàn toàn có thể đo được trực tiếp nhưng khối lượng của điện tử không hề đo trực tiếp được. Tuy nhiên, người ta hoàn toàn có thể đo được tỉ số giữa điện tích và khối lượng ( e / m ), từ đó suy ra được khối lượng của điện tử là :mo = 9,1 – 31K gĐó là khối lượng của điện tử khi nó hoạt động với tốc độ rất nhỏ so với tốc độ ánh sáng ( c = 3 8 m / s ). Khi tốc độ điện tử tăng lên, khối lượng của điện tử được tính theo công thức Lorentz-Einstein :22oc1 vm−me =Mỗi điện tử hoạt động trên một đường tròn và chịu một tần suất xuyên tâm. Theo thuyết điện từ thì khi hoạt động có tần suất, điện tử phải phát ra nguồn năng lượng. Sự mất nguồn năng lượng này làm cho quỹ đạo của điện tử nhỏ dần và sau một thời hạn ngắn, điện tử sẽ rơi vào nhân. Nhưng trong thực tiễn, những mạng lưới hệ thống này là một mạng lưới hệ thống bền theo thời hạn. Do đó, giả thuyết của Rutherford không đứng vững .Nhà vật lý học Đan Mạch Niels Bohr ( 1885 – 1962 ) đã bổ túc bằng những giả thuyết sau :Có những quỹ đạo đặt biệt, trên đó điện tử hoàn toàn có thể chuyển dời mà không phát ra nguồn năng lượng. Tương ứng với mỗi quỹ đạo có một mức nguồn năng lượng nhất định. Ta có một quỹ đạo dừng .Khi điện tử vận động và di chuyển từ một quỹ đạo tương ứng với mức nguồn năng lượng w 1 sang quỹ đạo khác tương ứng với mức nguồn năng lượng w 2 thì sẽ có hiện tượng kỳ lạ bức xạ hay hấp thu nguồn năng lượng. Tần số của bức xạ ( hay hấp thu ) này là :hww f 12−Trong đó, h = 6,62 – 34 J ( hằng số Planck ) .Trong mỗi quỹ đạo dừng, moment động lượng của điện tử bằng bội số của = h 2 πhMoment động lượng : nh 2. nr. v h = π=r+ e- evHình 1Với giả thuyết trên, người ta đã Dự kiến được những mức nguồn năng lượng của nguyên tử hydro và lý giải được quang phổ vạch của Hydro, nhưng không lý giải được so với những nguyên tử có nhiều điện tử. Nhận thấy sự đối tính giữa sóng và hạt, Louis de Broglie ( Nhà vật lý học Pháp ) cho rằng hoàn toàn có thể link mỗi hạt điện khối lượng m, chuyểnđộng với tốc độ v một bước sóng mv= λ h .Tổng hợp tổng thể giả thuyết trên là môn cơ học nguyên lượng, khả dĩ hoàn toàn có thể lý giải được những hiện tượng kỳ lạ quan sát được ở cấp nguyên tử .Phương trình cơ bản của môn cơ học nguyên lượng là phương trình Schrodinger được viết như sau :0 ) UE (. 2 m2 h = φ − + φ ∇ −∇ là toán tử LaplacienTầng L có tối đa 8 điện tử .Tầng M có tối đa 18 điện tử .Tầng N có tối đa 32 điện tử .Các tầng O, P., Q. cũng có 4 phụ tầng và cũng có tối đa 32 điện tử .Ứng với mỗi phụ tầng có một mức nguồn năng lượng và những mức nguồn năng lượng được xếp theo thứ tự như sau :1 2 3 4 5 6 71 s 2 s 3 s 4 s 5 s 6 s 7 s2 p 3 p 4 p 5 p6 d7 p3 d 4 d5 f6 p7 d4 f5 d6 f 7 fHình 2Khi không bị kích thích, những trạng thái nguồn năng lượng nhỏ bị điện tử chiếm trước ( gần nhân hơn ) khi hết chỗ mới sang mức cao hơn ( xa nhân hơn ). Thí dụ : nguyên tử Na có số điện tử z = 11, có những phụ tầng 1 s, 2 s, 2 p bị những điện tử chiếm trọn vẹn nhưng chỉ có 1 điện tử chiếm phụ tầng 3 s .Cách trình diễn :Theo mẫu của Bohr Theo mức nguồn năng lượngNATRI Na 11 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1Na 2-8 –
Na
+
SILICIUM Si 14 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 2Si 2-8 –
Si
+
GERMANIUM Ge 32 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 10 4 p 2Ge 2-8-18 –
Ge
+
Hình 3Lớp bảo hòa : Một phụ tầng bảo hòa khi có đủ số điện tử tối đa .Một tầng bảo hòa khi mọi phụ tầng đã bảo hòa. Một tầng bảo hòa rất bền, không nhận thêm và cũng khó mất điện tử .Tầng ngoài cùng : Trong một nguyên tử, tầng ngoài cùng không khi nào chứa quá 8 điện tử. Nguyên tử có 8 điện tử ở tầng ngoài cùng đều vững chắc ( trường hợp những khí trơ ) .Các điện tử ở tầng ngoài cùng quyết định hành động hầu hết đặc thù hóa học của một nguyên tố .
III. DẢI NĂNG LƯỢNG: (ENERGY BANDS)…………………………………………………………………………………………………………
Những khu công trình khảo cứu ở tia X chứng tỏ rằng hầu hết những chất bán dẫn đều ở dạng kết tinh .bố những dải nguồn năng lượng tuỳ thuộc vào dạng tinh thể và nguyên tử số. Người ta xác lập sự phân bổ này bằng cách giải phương trình Schrodinger và có tác dụng như hình vẽ. Ta có một dải hoá trị ( valence band ) gồm 4N trạng thái trọn vẹn bị chiếm và một dải dẫn điện ( conduction band ) gồm 4N trạng thái chưa bị chiếm. Giữa hai dải nguồn năng lượng này, có một dải nguồn năng lượng cấm có nguồn năng lượng khoảng chừng 6 eV. ( eV : ElectronVolt )1 volt là hiệu điện thế giữa hai điểm của một mạch điện khi nguồn năng lượng phân phối là 1 Joule để chuyển một điện tích 1 Coloumb từ điểm này đến điểm kia .Vậy ,JouleQ. ColoumbVvolt W → →= ←Vậy nguồn năng lượng mà một điện tử đảm nhiệm khi vượt một hiệu điện thế 1 volt là :Q.V = W
- 602,1 19-
W V1 = ⇒= ⇒ − 19 Joule10, 1WNăng lượng này được gọi là 1 eV ( 1 eV = 1,602 – 19J )Ta đã khảo sát trường hợp đặc biệt quan trọng của tinh thể Cacbon. Nếu ta khảo sát một tinh thể bất kể, nguồn năng lượng của điện tử cũng được chia thành từng dải. Dải nguồn năng lượng cao nhất bị chiếm gọi là dải hóa trị, dải nguồn năng lượng thấp nhất chưa bị chiếm gọi là dải dẫn điện. Ta đặc biệt quan trọng chú ý quan tâm đến hai dải nguồn năng lượng này .E Năng lượngDải dẫn điện ( Dải nguồn năng lượng thấp nhất chưa bị chiếm ) EG Dải cấm Dải hoá trị ( Dải nguồn năng lượng cao nhất bị chiếm )Hình 5
- Ta có 3 trường hợp:
Dải cấm có độ cao khá lớn ( EG > 5 eV ). Đây là trường hợp của những chất cách điện. Thí dụ như kim cương có EG = 7 eV, SiO 2 EG = 9 eV .Dải cấm có độ cao nhỏ ( EG 5 eV Dải cấm Dải dẫn điện
EG
Xem thêm: Top 45 linh kiện trường giang phố vọng hay nhất 2022
( a ) ( b ) ( c ) Chất cách điện Chất bán dẫn Chất dẫn điệnHình 6Giả sử ta tăng nhiệt độ của tinh thể, nhờ sự cung ứng nhiệt năng, điện tử trong dải hóa trị tăng nguồn năng lượng. Trong trường hợp ( a ), vì EG lớn, điện tử không đủ nguồn năng lượng vượt dải cấm để vào dải dẫn điện. Nếu ta cho tính năng một điện trường vào tinh thể, vì toàn bộ những trạng thái trong dải hóa trị điều bị chiếm nên điện tử chỉ hoàn toàn có thể chuyển dời bằng cách đổi chỗ cho nhau. Do đó, số điện tử đi, về một chiều bằng với số điện tử đi, về theo chiều ngược lại, dòng điện trung bình triệt tiêu. Ta có chất cách điện .Trong trường hợp ( b ), một số ít điện tử có đủ nguồn năng lượng sẽ vượt dải cấm vào dải dẫn điện. Dưới tính năng của điện trường, những điện tử này hoàn toàn có thể đổi khác nguồn năng lượng thuận tiện vì trong dải dẫn điện có nhiều mức nguồn năng lượng trống để tiếp đón chúng. Vậy điện tử có nguồn năng lượng trong dải dẫn điện hoàn toàn có thể chuyển dời theo một chiều duy nhất dưới tính năng của điện trường, ta có chất bán dẫn điện .Trong trường hợp ( c ) cũng giống như trường hợp ( b ) nhưng số điện tử trong dải dẫn điện nhiều hơn làm cho sự chuyển dời mạnh hơn, ta có sắt kẽm kim loại hay chất dẫn điện .Giả sử, một điện trường E được thiết lập trong mạng tinh thể sắt kẽm kim loại, ta thử khảo sát hoạt động của một điện tử trong từ trường nầy .en e 1 e 2 xHình 2Hình trên diễn đạt hoạt động của điện tử dưới tácdụng của điện trường E. Quỹ đạo của điện tử là một đường gấp khúc vì điện tử chạm vào những ion dương và đổi hướng hoạt động. Trong thời hạn t = n lần thời hạn tự do trung bình, điện tử chuyển dời đượcmột đoạn đường là x. Vận tốc tv = x gọi là tốc độ trung bình. Vận tốc này tỉ lệ với điệntrường E. μ = EvHằng số tỉ lệ μ gọi là độ linh động của điện tử, tính bằng m 2 / Vsec. Điện tích đi qua mỗi đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh trong một đơn vị chức năng thời hạn được gọi là tỷ lệ dòng điện J. Ta có : J = n. e Trong đó, n : tỷ lệ điện tử, e : điện tích của một electronBây giờ, ta xét một điện tích vi cấp S đặt thẳng góc với chiều vận động và di chuyển của điện tử. Những điện tử tới mặt S ở thời gian t = 0 ( t = 0 được chọn làm thời gian gốc ) là những điện tử ở trên mặt S ’ cách S một khoảng chừng v ( tốc độ trung bình của điện tủ ) ở thời gian t = – 1. Ở thời gian t = + 1, những điện tử đi qua mặt S chính là những điện tử chứa trong hình tròn trụ số lượng giới hạn bởi mặt S và S ’. Điện tích của số điện tử này là q = n. e. v, với n là tỷ lệ điện tử chuyển dời. Vậy điện tích đi ngang qua một đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh trong một đơn vị chức năng thời hạn là : J = n. e t = – 1 t = 0S ’ Sv Hình 3Nhưng μ = Ev nên μ = E.. eNgười ta đặt σ. e μ = ( đọc là Sigma )Nên σ = EJ σgọi là dẫn xuất của sắt kẽm kim loạiVà σ= ρ1 gọi là điện trở suất của sắt kẽm kim loạiĐiện trở suất tính bằng Ωm và dẫn suất tính bằng mho / m
II. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CHUYỄN ĐỘNG CỦA HẠT TỬ BẰNG NĂNG LƯỢNG:……………………………………..
HẠT TỬ BẰNG NĂNG LƯỢNG:
K A 5 cm v 0 M ( x ) 0 EC = 2 eV – 10V +Hình 4Phương pháp khảo sát này địa thế căn cứ trên định luật bảo toàn lượng. Để dễ hiểu, ta xét thí dụ sau đây :Một diode lý tưởng gồm hai mặt phẳng song song bằng sắt kẽm kim loại cách nhau 5 Cm. Anod A có hiệu điện thế là – 10V so với Catod K. Một điện tử rời Catod K với nguồn năng lượng bắt đầu Ec = 2 eV. Tính khoảng cách tối đa mà điện tử hoàn toàn có thể rời Catod .Giả sử, điện tử vận động và di chuyển tới điểm M có hoành độ là x. Điện thế tại điểm M sẽ tỉ lệ với hoành độ x vì điện trường giữa Anod và Catod đều .Điện thế tại một điểm có hoành độ x là :xV β + α =Khi x = 0, ( tại Catod ) ⇒ = ⇒ β = 00VNên α = xVTại x = 5 Cm ( tại Anod A ) thì V = – 10 volt ⇒ α = − 2Vậy V = – 2 x ( volt ) với x tính bằng CmSuy ra thế năng tại điểm M là :+ = = ( Joule ) x. e với e là điện tích của điện tử .Ta hoàn toàn có thể viết = ( eV ) xNăng lượng toàn phần tại điểm M là :Umv 21 T 2 + =C rV k + =Nếu chọn điện thế tại một điểm rất xa làm điện thế Zero thì C = 0. Vậy một điện tử có điện tích – e ở cách nhân α một đoạn r sẽ có thế năng là :reVU − = − = ke- e U – e α r0 rHình 6Hình trên là đồ thị của thế năng U theo khoảng cách r. Phần đồ thị không liên tục ứng với một điện tử ở bên trái nhân α. Nếu ta có hai nhân α và β thì trong vùng giữa hai nhân này thế năng của điện tử là tổng những thế năng do α và β tạo ra. Trong sắt kẽm kim loại, những nhân được sắp xếp đều đặn theo 3 chiều. Vậy, ta hoàn toàn có thể khảo sát sự phân bổ của thế năng bằng cách xét sự phân bổ dọc theo dải α, β và γ …Hình trên trình diễn sự phân bổ đó .U Điện tử tự do 0 α β γ εEBU 0Điện tử buộcV 0 = 0 EBHình 7
Ta thấy rằng có những vùng đẳng thế rộng nằm xen kẻ với những vùng điện thế đổi khác rất nhanh. Mặt ngoài của mỗi sắt kẽm kim loại không được xác lập trọn vẹn và cách nhân sau cuối một khoảng cách nhỏ. Vì bên phải của nhân ε không còn nhân nên thế năng tiến tới Zero chứ không giữ tính tuần hoàn như bên trong sắt kẽm kim loại. Do đó, ta có một rào thế năng tại mặt ngoài của sắt kẽm kim loại .Ta xét một điện tử của nhân β và có nguồn năng lượng nhỏ hơn U 0, điện tử này chỉ hoàn toàn có thể chuyển dời trong một vùng nhỏ cạnh nhân giữa hai rào thế năng tương ứng. Đó là điện tử buộc và không tham gia vào sự dẫn điện của sắt kẽm kim loại. Trái lại, một điện tử có nguồn năng lượng lớn hơn U 0 hoàn toàn có thể chuyển dời từ nguyên tử này qua nguyên tử khác trong khối sắt kẽm kim loại nhưng không hề vượt ra ngoài khối sắt kẽm kim loại được vì khi đến mặt ngăn cách, điện tử đụng vào rào thế năng. Các điện tử có nguồn năng lượng lớn hơn U 0 được gọi là những điện tử tự do. Trong những chương sau, ta đặt biệt quan tâm đến những điện tử này .Vì hầu hết khối sắt kẽm kim loại đều có cùng điện thế V 0 tương ứng với thế năng U 0 = – eV 0 nên ta hoàn toàn có thể giả sử khối sắt kẽm kim loại là một khối đẳng thế V 0. Nhưng điện thế tùy thuộc vào một hằng số cộng nên ta hoàn toàn có thể chọn V 0 làm điện thế gốc ( V 0 = 0V ). Gọi EB là chiều cao của rào thế năng giữa bên trong và bên ngoài sắt kẽm kim loại. Một điện tử bên trong khối sắt kẽm kim loại muốn vượt ra ngoài phải có tối thiểu một nguồn năng lượng U = EB, vì thế ta cần phải biết sự phân bổ của điện tử theo nguồn năng lượng .Ta gật đầu rằng :γ = E. ) E ( N 21 γ là hằng số tỉ lệ .Lúc đó, tỷ lệ điện tử có nguồn năng lượng E là 🙂 E ( f. 2γ = = ρ E. ) E ( N ). E ( f ) E ( 1Hình trên là đồ thị của ρ ( E ) theo E tương ứng với nhiệt độ T = 0 0 K và T = 2 0 K .Ta thấy rằng hàm ρ ( E ) biến hóa rất ít theo nhiệt độ và chỉ đổi khác trong vùng cận của nguồn năng lượng EF. Do đó, ở nhiệt độ cao ( T = 2 0 K ) có 1 số ít rất ít điện tử có nguồn năng lượng lớn hơn EF, hầu hết những điện tử đều có nguồn năng lượng nhỏ hơn EF. Diện tích số lượng giới hạn bởi đường màn biểu diễn của ρ ( E ) và trục E cho ta số điện tử tự do n chứa trong một đơn vị chức năng thể tích .
∫∫ γ=γ=ρ=
EFF023 2 FE 10E. 32 dE. E ). E ( n( Để ý là f ( E ) = 1 và T = 0 0 K )Từ đây ta suy ra nguồn năng lượng Fermi EF32Fn. 23 E ⎟ ⎟ ⎠⎞ ⎜ ⎜ ⎝⎛ γ
=
Nếu ta dùng đơn vị chức năng thể tích là m 3 và đơn vị chức năng nguồn năng lượng là eV thì γ có trị số là :γ = 6,8 27Do đó, 32 19 F n. 10,3 E
= −
Nếu biết được khối lượng riêng của sắt kẽm kim loại và số điện tử tự do mà mỗi nguyên tử hoàn toàn có thể nhả ra, ta tính được n và từ đó suy ra EF. Thông thường EF 23 )
Mỗi nguyên tử cho v = 2 điện tử tự do, do đó số điện tử tự do trong mỗi m 3 là :6 A 0 10. v .n = dVới Tungsten, ta có :10,110. 2.10,6. 1848, n ≈ = 29623 điện tử / m 3( ) 3 2919 2 F 10,1. 10,3 E
=⇒ −
F ≈ ⇒ eV95, 8E
V. CÔNG RA (HÀM CÔNG):………………………………………………………………………………………………………………………………
Ta thấy rằng ở nhiệt độ thấp (T # 00 K), năng lượng tối đa của điện tử là EF
(E
EW được gọi là công ra của kim loại.
E 2500 0 K U EB EW EF EF EB00 K 0 ρ ( E ) 0 Hình 9Nếu ta nung nóng khối sắt kẽm kim loại tới nhiệt độ T = 2 0 K, sẽ có 1 số ít điện tử có nguồn năng lượng lớn hơn EB, những điện tử này hoàn toàn có thể vượt được ra ngoài sắt kẽm kim loại. Người ta chứng tỏ được rằng, số điện tử vượt qua mỗi đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh trong một đơn vị chức năng thời hạn là :
Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư