Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Welcome to our group presentations
Chủ đề:
Dòng điện trong chất bán dẫn
Member:
Đỗ Văn Quang
Trần Khánh Đăng
Nguyễn Tuấn Anh
Hà Thị Phương Thảo
Phạm Ngọc Mỹ
Phạm Thùy Dung
Nội dung bài thuyết trình
Chất bán dẫn (Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
Ví dụ: Chất bán dẫn như: Genami (Ge), Silic (Si), ...
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
1. Khái niệm chất bán dẫn
Bán dẫn
Chất dẫn điện
Chất cách điện
Genami
Silic
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
2.Phân loại chất bán dẫn


Bán
dẫn
Chất bán dẫn tinh khiết (bán dẫn đơn chất): Si, Ge,…
Chất bán dẫn có tạp chất: GaAs, CdTe, ZnS, nhiều oxit, sunfua, selenua, telurua,… và một số chất polime.
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
3. Tính chất
ρ(Kim loại)<ρ(Bán dẫn)<ρ(Điện môi)
Điện trở suất của kim loại nằm trong khoảng trung gian giữa kim lọai và điện môi
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
3. Tính chất
Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ
Ở nhiệt độ cao, ρ bán dẫn nhỏ → Dẫn điện tốt
Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ:
Ở nhiệt độ thấp, ρ bán dẫn lớn → Dẫn điện kém
Chất bán dẫn ở nhiệt độ thường không có các hạt tải điện tự do.
Không dẫn điện
Điện trở suất lớn
Khi nhiệt độ tăng cao, chất bán dẫn hình thành các loại hạt tải điện tự do. Do đó, số hạt tải điện tự do tăng đột ngột.
Điện trở suất của chúng giảm đột ngột
Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất
Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
 
Nguyên tử Si có
4 electron hóa trị
2 nguyên tử Si
và cặp elctron chung
Trong tinh thể, mỗi nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên tử lân cận thông qua các liên kết cộng hóa trị.
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
 
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Si
Si
Si
Si
electron
Lỗ trống
Sự phát sinh các cặp
electron –
lỗ trống
Khi nhiệt độ tăng cao (Bị kích thích)
Sự phát sinh các cặp
electron –
lỗ trống
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
E
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Khi có điện trường đặt vào chất bán dẫn
Các eletron chuyển động ngược chiều điện trường
các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
Tạo ra dòng điện trong chất bán dẫn
Dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển động có hướng của các electron và lỗ trống:
+ Electron chuyển động ngược chiều điện trường
+ Lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
2. Dòng điện trong chất bán dẫn chứa tạp chất
Bán dẫn có tạp chất được chia làm 2 loại:
Bán dẫn loại n.
Bán dẫn loại p.
a. Bán dẫn loại n
Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Photpho
Nguyên tử P gồm 5e lớp ngoài cùng
Si
Si
Si
Si
Si
P
Electron dư thừa dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử
Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm các electron tự do mà không làm tăng số lỗ trống.
Ta gọi: electron là hạt tải điện cơ bản (hay đa số), lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản (hay thiểu số).
Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn electron hay bán dẫn loại n.
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
2. Dòng điện trong chất bán dẫn chứa tạp chất
b. Bán dẫn loại p
Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Bo.
Nguyên tử B gồm 3 e hóa trị
Si
B
Lỗ trống tạo nên do nguyên tử Bo thiếu một electron liên kết với một nguyên tử Sillic lân cận.
Một electron ở liên kết gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết trống này và tạo thành một lỗ trống mới.
Si
Si
Si
Si
Si
B
Như vậy, tạp chất Bo pha vào bán dẫn Sillic đã tạo thêm lỗ trống, làm cho số lỗ trống nhiều hơn số electron dẫn.
Ta gọi lỗ trống là hạt tải điện cơ bản (hay hạt tải điện đa số), electron là hạt tải điện không cơ bản (hay hạt tải điện thiểu số).
Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại p.
Bán dẫn n
Là bán dẫn tạp chất có hạt tải điện mang điện âm.
Khi pha các nguyên tố có 5e hoá trị vào mẫu Silic thì e- thứ 5 của nguyên tử tạp trở thành e- tự do trong tinh thể BD, giúp nó dẫn điện ngay ở nhiệt độ thấp.

Bán dẫn p
Là bán dẫn tạp chất có hạt tải điện mang điện dương.
Khi pha các nguyên tố có 3e hoá trị vào mẫu silicmỗi nguyên tử tạp sẽ lấy một e-liên kết của nguyên tử Silic lân cận và sinh ra một lỗ trống mang điện dương, giúp BD dẫn điện ngay ở nhiệt độ thấp.
So sánh bán dẫn loại n và loại p
III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n
Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền bán dẫn loại p và miền bán loại n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
n
p
Lớp chuyển tiếp p-n (lớp nghèo hạt tải điện, gọi tắt là lớp nghèo).
E
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
TH1: Upn > 0
Có sự dịch chuyển các hạt mang điện cơ bản, kết quả là xuất hiện một dòng điện đáng kể qua khối bán dẫn từ p sang n, gọi là dòng điện thuận, hiệu điện thế đặt vào gọi là hiệu điện thế thuận.



III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
 
3. Đặc tuyến Vôn-Ampe của lớp chuyển tiếp p-n
III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
I
U
Đặc tuyến Vôn-Ampe của lớp chuyển tiếp p-n
IV. Ứng dụng
 
Điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp.
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
 Vì vậy điốt được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
 2.Ứng dụng của chất bán dẫn loại p và n

IV. Ứng dụng
Transistor