Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

VẬT LÝ
VÀ ĐỜI SỐNG
Dòng điện trong
chất bán dẫn
Sơ lược về lịch sử của vật liệu bán dẫn  
Những phát minh đầu tiên và sự ra đời của ngành công nghiệp vật liệu bán dẫn
Sự ra đời của các chất bán dẫn đem chúng ta quay ngược trở lại năm 1874 khi bộ chỉnh lưu (AC-DC converter) được phát minh. Nhiều thập kỷ sau đó, Bardeen và Brattain tại Bell Laboratories – Mỹ đã phát minh ra transistor tiếp điểm vào năm 1947, và Shockley đã phát minh ra transistor lớp chuyển tiếp vào năm 1948. Điều này báo trước sự xuất hiện của thời đại transistor.
Năm 1946, Đại học Pennsylvania – Mỹ đã xây dựng một hệ thống máy tính đầu tiên sử dụng các đèn chân không. Hệ thống máy tính này có kích thước rất lớn, nó chiếm toàn bộ tòa nhà, và nó tiêu thụ một số lượng lớn điện năng đồng thời tỏa ra rất nhiều nhiệt. Sau đó, transistor tính toán được phát triển, và kể từ đó công nghệ máy tính có bước phát triển nhảy vọt.
Năm 1956, giải Nobel Vật lý được trao đồng thời cho 3 nhà khoa học Shockley, Bardeen và Brattain cho những đóng góp của họ cho sự nghiên cứu và phát triển của bóng bán dẫn. Từ năm 1957, ngành công nghiệp vật liệu bán dẫn đánh dấu sự tăng trưởng mạnh mẽ
Ngành công nghiệp vật liệu bán dẫn tăng trưởng nhanh chóng sau bóng bán dẫn được phát minh. Năm 1957, nó đã vượt quá quy mô 100 triệu USD. Năm 1959, các mạch tích hợp lưỡng cực (IC) được phát minh bởi nhà nghiên cứu Kilby

của hãng Texas Instruments và Noyce của hãng Fairchild Semiconductor ở Mỹ. Sáng chế này đã có một ảnh hưởng lớn đến lịch sử của chất bán dẫn, và nó đánh dấu buổi bình minh của kỷ nguyên IC. Với kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, các vi mạch đã được sử dụng rộng rãi trong một loạt các thiết bị điện.
Trong năm 1967, hãng sản xuất Texas Instruments phát triển máy tính để bàn điện tử (calculator) sử dụng IC. Tại Nhật Bản, các nhà sản xuất thiết bị điện tử cũng cho ra đổi một máy tính khác, và một “cuộc chiến máy tính” bắt đầu diễn ra khốc liệt sau đó cho đến cuối những năm 1970. IC được cải tiến, và có quy mô tích hợp (LSI) lớn hơn. Các công nghệ tiếp tục phát triển. Các linh kiện VLSI (100,000-10.000.000 linh kiện tích hợp trên mỗi chip) được phát triển vào những năm 1980, và ULSI (hơn 10 triệu linh kiện điện tử trên mỗi chip) được phát triển vào những năm 1990.
Là một trong những vật liệu quan trọng và được ứng dụng rộng rãi
Trong những năm 2000, hệ thống LSI (một LSI đa chức năng với nhiều chức năng được tích hợp trong một chip duy nhất) đã được đưa vào sản xuất ở mọi quy mô. Các IC phát triển tiếp hướng tới hiệu suất cao và đa chức năng, lĩnh vực ứng dụng của chúng được mở rộng. Chất bán dẫn đang được sử dụng trong mọi ngõ ngách của xã hội và hỗ trợ hàng ngày cuộc sống của chúng ta.
Nội dung
Chất bán dẫn và tính chất
Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
p-n
Lớp chuyển tiếp p-n
Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
p-n
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n
Chất bán dẫn và tính chất
Hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
p-n
Lớp chuyển tiếp p-n
Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
p-n
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n
Chất bán dẫn và tính chất
I. Chất bán dẫn và tính chất
1. Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là chất có điện trở suất nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và điện môi.
Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là gecmani và silic.
I. Chất bán dẫn và tính chất
2. Tính chất của chất bán dẫn
Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh.
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.
Kiểm tra nhanh
Điều nào sau đây SAI khi nói về chất bán dẫn.

a) Bán dẫn có điện trở giảm khi tăng nhiệt độ.
b) Bán dẫn pha tạp chất có điện trở nhỏ hơn so với bán dẫn tinh khiết.
c) Khi chiếu sáng một khối bán dẫn, nó có thể chuyển từ trạng thái cách điện sang trạng thái dẫn điện.
d) Với cùng một điều kiện, khối bán dẫn lúc thì là chất cách điện, lúc thì là chất dẫn điện.
Dòng điện là gì?
Chất bán dẫn và tính chất
Hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
p-n
Lớp chuyển tiếp p-n
Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
p-n
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n
Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
- Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n (negative).
- Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn loại p (positive).
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
2. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
- Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.
- Dòng điện trong bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
2. Tạp chất cho và tạp chất nhận
- Bán dẫn chứa tạp chất cho - đôno (donator) là loại n, ρelectron >> ρlỗ trống
- Bán dẫn chứa tạp chất nhận - axepto (acceptor) là loại p, ρlỗ trống >> ρelectron
Kiểm tra nhanh
Sự khác nhau về tính chất điện giữa kim loại và chất bán dẫn?
Kiểm tra nhanh
Điểm khác nhau giữa đôno và axepto.