›
›

Bài giảng Vật liệu bán dẫn

pdf 17 trang huongle 3740
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Vật liệu bán dẫn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_vat_lieu_ban_dan.pdf

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu bán dẫn

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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 P N 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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 II 1 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
  10. 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
  11. 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 p2 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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 h 2 kB T 59 60
  16. 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
  17. 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 arcsin n 1 n 2 max n0 67 68