Bài thuyết trình Vật lý: Chất rắn

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

182
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài thuyết trình Vật lý: Chất rắn bao gồm những nội dung về độ dẫn điện tử; hiệu ứng Hall; cấu trúc vùng năng lượng. Mời các bạn tham khảo bài thuyết trình để nắm bắt nội dung chi tiết, với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu hữu ích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài thuyết trình Vật lý: Chất rắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN: VẬT LÝ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN TỬ Học viên: Hoàng Tuấn Anh
 NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH: 1. Độ dẫn điện tử. 2. Hiệu ứng Hall 3. Cấu trúc vùng năng lượng.
1. Độ dẫn điện tử: Lý thuyết của Drude: Động năng của điện tử: 1 3 5 1 Ek me vth2 k BT (vth 10 ms at RT ) 2 2 Quãng đường tự do vth Thời gian hồi phục (for ~1nm: ~ 10-14s) E Vận tốc trôi eE eE eE along the field: a v at t v t me me me 1 ( v t 0.02 ms for E 10 Vm 1 ) e v t E Độ linh động: me I microscopic interpretation of Ohm’s law Mật độ dòng: J n v e n eE A 1 = J E E (Độ dẫn)
1. Độ dẫn điện tử: Thành công của thuyết Drude: 1. Đồng nhất với định luật Ohm 2. Giải thích định tính điện trở của điện tử. 3. Các giá trị tin cậy về độ dẫn điện.
molibity : n e
2. Hiệu ứng Hall – điện trở từ
   Lực Lorentz: FL q.(VD B)   vD .E Vận tốc cuốn của hạt tải Theo hình trên, FL chỉ có thành phần theo phương y Fy = - q.vD.Bz = - q.μ.Ex.Bz Bề mặt tích điện sinh ra một điện trường Ey theo phương y và ngược chiều với lực Lorentz, làm cho các hạt tải điện có xu hướng di chuyển ngược lại. Ở trạng thái cân bằng, Ey sẽ có giá trị bằng FL nhưng ngược dấu: q Ey = - q μ Ex Bz Ey = - μ Ex Bz = vDBz
Thế Hall: Mối liên hệ giữa vận tốc cuốn và dòng : Ix=qnvDA Ix vD Ix=qpvDA qnA Ey = vDBz  Nồng độ hạt tải  Phân loại semi
 Hệ số Hall: Ey Ix Ix RHall jx Bz . jx A wt  Độ linh động Hall: dựa vào định luật Ohm
 Cấu trúc vùng năng lượng: 1. Trạng thái điện tử của vật rắn: Tinh thể được cấu thành từ 2 loại hạt : Ni, hạt ion nguyên tử nằm tại các vị trí của nút mạng và Ne, điện tử chuyển động trong trường sinh ra bởi các ion
Dạng đầy dủ của toán tử Hamilton trong vật rắn Động năng các ion Động năng các điện tử Thế năng các điện tử Thế năng các ion Thế năng các điện tử với ion Chứa 3(Z+1)N biến số Ví dụ: Trong tinh thể bán dẫn Si, số nguyên tử trong 1 cm3 là 5.1022 và ZSi=14. Số biến với tinh thể Si là 2.25 1024 cm-3
2. Cấu trúc vùng năng lượng: Giải phương trình schodinger theo phương pháp nhiễu loạn a. Phép gần đúng điện tử tự do:
Điều kiện phản xạ Bragg : 2dsinθ= mλ. Khi điện tử chuyển động vuông góc với mặt phẳng nguyên tử, θ=900 và d=a, phương trình Bragg thành Các điện tử có k thỏa mãn thì sóng tương ứng với chúng sẽ phản xạ trên mặt nguyên tử. Sóng tới và sóng phản xạ có thể tổ hợp với nhau tạo nên sóng đứng dọc theo chiều vuông góc với các mặt nguyên tử đang xét Xác suất tìm thấy điện tử ρ tỷ tệ với |ψ|2. Có thể tìm thấy điện tử mọi nơi trong tinh thể
Sự phân bố của điện tử khi thỏa mãn điều kiện phản xạ Bragg Gần các lõi nguyên tử, thế năng thấp hơn giá trị trung bình của nó. Do đó, thế năng trong trạng thái ψ+ phải nhỏ hơn trong trạng thái ψ- (động năng của chúng bằng nhau do có cùng k). Giá trị trung bình của thế năng đối với trạng thái ψ+ và ψ- khác nhau là Eg. Hàm sóng ψ+ dưới mức khe năng lượng (A) và hàm sóng ψ- trên mức năng lượng (B ) Sự tách mức năng lượng ở biên vùng Brillouin tạo nên cấu trúc vùng năng lượng
b. Phép gần đúng liên kết mạnh: Năng lượng của từng nguyên tử riêng biệt khi chúng ở cách xa nhau Thế năng của trường tinh thể U(r) được xem là nhiễu loạn trong phép gần đúng này. Đưa nguyên tử lại gần nhau để tạo nên tinh thể. Sự tương tác của chúng khi lại gần nhau có hai tác dụng: làm dịch chuyển các mức năng lượng và làm giảm suy biến của các mức năng lượng.
Các mức năng lượng trong nguyên tử giảm suy biến khi đưa lại gần nhau (hình vẽ cho trường hợp hai nguyên tử). Khi đưa nguyên tử lại gần đến khoảng cách thực, độ rộng các vùng năng lượng ở các chất khác nhau cũng khác nhau. N mức trước đây trùng vào nhau, tách ra tạo thành mức năng lượng.
Cấu trúc vùng năng lượng theo phương pháp gần đúng liên kết mạnh
Phương pháp Penney-Kronig: Lúc này, phương trình Schrӧdinger tách thành cho hai miền:
Việc giải phương trình khá phức tạp nên Kronig và Penney đã giả thiết thế tuần hoàn có dạng hàm Δ-Dirac tuần hoàn, nghĩa là đồng thời giảm độ rộng của rào thế năng (cho b0 ) và tăng U0 (cho U0∞) sao cho bU0 luôn là hằng số Đồ thị của biểu thức ở vế trái với P=3π/2
[-1,1]  Khi P∞ ,hố thế năng không trong suốt, ứng với việc điện tử liên kết rất mạnh với hạt nhân ⇒ αa’=nπ ⇒ ⇒ Độ rộng vùng cấm tăng và rút về dạng các mức năng lượng của nguyên tử riêng biệt.  Nếu P giảm thì các vùng cấm năng lượng giảm, trở thành: cos(αa’)=cos(ka’) hay α=k Vùng cấm biến mất, năng lượng E có thể nhận mọi giá trị. Electron có thể xem là hoàn toàn tự do