›
›

Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Download
CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU  
ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh  
5/2016  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Biết đồng có khối lượng riêng d = 8900kg/m3 và  
nguyên tử lượng bằng 63,57g/mol.  
• Tính số electron dẫn trong một khối vật liệu bằng đồng  
hình lập phương cạnh 1cm.  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Mỗi nguyên tử đồng có một electron hóa trị.  
• Do đó, số electron dẫn được tính bằng: N = ρa3  
• Trong đó, ρv là mật độ nguyên tử trong 1 đơn vị thể tích:  
NAd  
v   
A
6,021023 8900  
 v   
63,57103  
8,431028 nguyeân töû/m3 8,43x1028 electron hóa trò/m3  
N  va3  
2
N 8,431028 1102 8,431022 electron daãn  
   
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Tính vận tốc của electron dẫn trong đồng với động  
năng bằng năng lượng Fermi (bằng 7eV).  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Năng lượng toàn phần của các electron dẫn hoàn toàn  
là động năng và bằng năng lượng Fermi.  
• Như vậy, ta có thể viết:  
1
E EF mev2F  
2
• Vận tốc Fermi:  
2EF  
vF   
me  
271,61019  
vF   
1,6106 m/s  
9,111031  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Khi đặt một tấm đồng vào một điện trường, điện tử  
dịch chuyển một khoảng tương đối so với hạt nhân  
bằng 10-8Å.  
• Biết thông số mạng bằng 3,6151Å.  
• Tính độ phân cực điện.  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Số hiệu nguyên tử đồng là 29, tức là có 29 electron  
trong mỗi nguyên tử.  
• Một ô cơ sở của đồng có 4 nguyên tử.  
• Mật độ điện tử:  
429  
3,61511010  
z   
2,4551030 electron/m3  
3
• Độ phân cực điện:  
P zqd  
P 2,4551030 1,61019 108 1010  
   
   
3,93107 C/m2  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Độ dẫn điện của MgO phụ thuộc khả năng khuếch tán  
ion Mg2+.  
• Biết hệ số khuếch tán của ion Mg2+ trong MgO ở  
1800oC là 10-10cm2/s và thông số mạng của MgO bằng  
3,96x10-8cm.  
• Ước tính độ linh động của các ion Mg2+ và tính độ dẫn  
điện của MgO ở 1800oC.  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
ZqD  
• Ta có:  
   
kBT  
2 1,61019 1010  
   
    
    
1,381023 1800 273  
1,12109 C.cm2.J1 .s1  
• 1 C tương ứng với 1 Ampere.s  
• 1 Joule tương tứng 1 Ampere.s.Volt  
  1,12109 cm2 / V.s  
   
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• MgO có kiểu cấu trúc NaCl với 4 Mg2+ trong 1 ô cơ sở.  
• Mật độ ion Mg2+:  
4
n   
6,41022 ion/cm3  
3
3,96108  
• Độ dẫn điện:  
  nZq  
   6,41022 21,6109 1,12109  
   
   
23106 C.cm2 / cm3.V.s  
   2,3105 1.cm1  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Một tụ điện đa lớp trên cơ sở vật liệu BaTiO3 chứa  
SrTiO3.  
• Hằng số điện môi của vật liệu là 300.  
• Diện tích mỗi lớp là 10mmx5mm và chiều dày mỗi lớp  
bằng 10µm.  
• Tính điện dung của tụ nếu 100 lớp song song với nhau  
và sử dụng các điện cực nickel.  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Điện dung của tụ điện các lớp song song:  
k0A  
C   
t
• Suy ra điện dung cho mỗi lớp:  
k0A  
Clayer   
t
3000 8,851012 10103 5103  
   
   
Clayer   
10106  
13,28108 F  
• Suy ra điện dung cho mỗi lớp:  
Ctotal nlayer Clayer  
C 10013,28108 13,28106 F 13,28F  
total  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
BÁN DẪN  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Biết mật độ các electron dẫn trong silic nguyên chất ở  
nhiệt độ phòng là 1016m-3.  
• Giả thuyết ở nhiệt độ phòng, chuyển động nhiệt có tác  
dụng đủ để hầu hết các nguyên tử P đều cho electron  
thừa tới vùng dẫn.  
• Biết Si có nguyên tử lượng 28,1g/mol và khối lượng  
riêng bằng 2330kg/m3.  
• Nếu muốn tăng giá trị này lên 1 triệu lần, cần cách pha  
tạp phốt pho vào mạng silic, tính tỷ lệ số nguyên tử silic  
cần thay bởi nguyên tử phốt pho (P).  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Mật độ các nguyên tử P cần phải bằng:  
1016 106 1022 m3  
• Mật độ các nguyên tử Si trong mạng Si tinh khiết:  
NAd  
nSi   
A
6,021023 2330  
nSi   
51028 m3  
28,1103  
• Tỷ số hai mật độ:  
51028  
nSi  
5106  
nP 1022  
Cứ 5 triệu nguyên tử Si chỉ cần thay 1 nguyên tử bằng 1 nguyên tử P  
là số electron trong vùng dẫn sẽ tăng lên 1 triệu lần.  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Thiết kế một bán dẫn loại p trên cơ sở vật liệu Si.  
• Biết độ dẫn điện của Si bằng 100Ω-1.cm-1.  
• µp = 480cm2/(V.s).  
• So sánh nồng độ acceptor cần thiết với nồng độ  
nguyên tử Si.  
TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU  
• Kích thích Si với các nguyên tử có số hóa trị +3.  
• Ta có:  
  Naqp  
Na    
qp  
100  
1,61019 480  
   
1,31018 nguyeân töû nhaän/cm3  
• 1 nguyên tử kích thích có 1 lỗ trống, 1 ô cơ sở Si có 8  
nguyên tử.  
1x8  
5,4307108  
Na   
3
3
1,31018 5,4307108  
   
x   
26106 nguyeân töû kích thích / nguyeân töû Si  
8
“Hãy theo đuổi sự ưu tú,  
thành công sẽ theo đuổi bạn”  
pdf 19 trang baolam 27/04/2022 5180
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất điện của vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_co_so_khoa_hoc_vat_lieu_bai_tap_tinh_chat_dien_cua.pdf