Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Chương III
DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
Bài 23
VẤN ĐỀ ĐẶT RA
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn có những tính chất đặc biệt gì?
Phân loại chất bán dẫn
Lớp chuyển tiếp p – n
Câu hỏi và bài tập
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
1. Điện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi.
Điện môi
Bán dẫn
Kim loại
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện kém, còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt.
Bán dẫn tinh khiết
Kim loại
T
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT

Vì sao điện trở suất của kim loại và bán dẫn lại phụ thuộc khác nhau vào nhiệt độ ?

Bán dẫn tinh khiết
Kim loại
T
Đáp ÁN
2. Dẫn điện tạp chất
3.Tác dụng chiếu sáng và các tác nhân ion hóa
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT



I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
Bán dẫn tinh khiết
1. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:

Si
Si
PHÂN LOẠI
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Mô hình mẠng tinh thỂ SiLIc
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Mô hình mẠng tinh thỂ SiLIc
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Mô hình mẠng tinh thỂ SiLIc
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
E
Khi có điỆn trưỜng đẶt vào chẤt bán dẪn
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
Si
Si
Si
Si
electron
Lỗ trống
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết ( Silic )
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng dịch chuyển có hướng của các eletron và lỗ trống.
Độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng và độ dẫn điện giảm khi nhiệt độ giảm.
Điện trở suất của chất bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
1. Sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết:
ChỐt
2. Sự dẫn điện của chất bán dẫn có tạp chất:
PHÂN LOẠI
I. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT



II. Bán dẫn n và p – Hạt tải điện trong CBD:
Giả sử trong mạng tinh thể có lẫn một nguyên tử Photpho (P).
P
Si
Electorn dư trong nguyên tử P liên kết yếu với nguyên tử P
1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
A. Bán DẪn loẠi N
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
P
Electron dư thừa dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử
A. Bán DẪn loẠi N
1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
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.
NhẬn xét
1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
Giả sử trong mạng tinh thể Sillic có một nguyên tử Bo (B).
Si
B
Lỗ trống tạo nên do nguyên tử Bo thiếu một electron liên kết với một nguyên tử Sillic lân cận.
1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
B. Bán dẪn loẠi P
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
Si
Si
Si
B
1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
Mô hình mạng tinh thể bán dẫn có
tạp chất Bo
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.


1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
NhẬn Xét
Nếu pha hai loại tạp chất, chẳng hạn như cả Photpho và Bo vào bán dẫn Sillic thì bán dẫn này có thể là bán dẫn loại p hoặc bán dẫn loại n, tùy theo tỉ lệ giữa hai loại tạp chất.


Như vậy, bằng cách chọn tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn, người ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mình mong muốn. Đây chính là tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng dụng.
1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p:
III. Lớp chuyển tiếp p-n:
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
n
p
- Chỗ tiếp xúc 2 loại bán dẫn đã hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
- Lớp này còn được gọi là lớp nghèo hạt tải điện, gọi tắt là lớp nghèo.
E
1. SỰ HÌNH THÀNH LỚP CHUYỂN TIẾP P-N:





1. sỰ hình thành lỚp chuyỂn tiẾp p-n:
2. Dòng điỆn đi qua lỚp chuyỂn tiẾp p-n:
TH1: Cường độ điện trường hướng từ p sang n (Upn > 0):
dòng điện thuận, hiệu điện thế thuận.
TH2: cường độ điện trường hướng từ n sang p (Upn < 0):
dòng điện ngược, hiệu điện thế ngược.
ĐẶc tuyẾn Volt-Ampere cỦa lỚp chuyỂn tiẾp p-n
I
U
*Một số loại dụng cụ bán dẫn thường được sử dụng:
- Điốt bán dẫn
- Trandito hay còn gọi là triot bán dẫn.
- Nhiệt điện trở bán dẫn (rêdisto)
- Quang điện trở bán dẫn (phôtôrêdistô)
- Vi mạch điện tử
IV. LINH KIỆN BÁN DẪN:
1. Đi ốt bán dẫn:
`
Là dụng cụ bán dẫn cấu tạo từ ba phần có tính dẫn điện khác nhau nên có hai lớp tiếp xúc p-n.
2. Trandito bán dẪn
2. Trandito bán dẪn
Có hai loại Trandito
Loại p-n-p: phần giữa là bán dẫn loại n, hai bên là bán dẫn loại p.
Loại n-p-n: phần giữa là bán dẫn loại p, hai bên là bán dẫn loại n.
Các cực của Trandito:
Phần giữa gọi là cực gốc hay cực bazơ, ký hiệu B, có bề dày rất nhỏ (cỡ vài m) và có điện trở suất lớn.
Một phần là cực phát hay êmetơ, kí hiệu E.
Phần còn lại là cực góp hay côlectơ, kí hiệu C.







Trandito loại NPN







Trandito loại PNP
Hoạt động:
Mắc nguồn E1 vào 2 cực E và B và nguồn E2 vào B và C sao cho hiệu điện thế ở lớp tiếp xúc E-B là thuận và hiệu điện thế ở lớp tiếp xúc B-C là ngược. Thông thường E2 lớn hơn E1 từ 5 đến 10 lần.
Ví dụ xét trường hợp Trandito n-p-n:
Dưới tác dụng của E1 electron chuyển từ E sang B, lỗ trống chuyển từ B sang E tạo thành dòng êmetơ IE, nhưng do mật độ electron ở E lớn hơn rất nhiều so với mật độ lỗ ở B, mặt khác bề dày của B rất nhỏ nên electron từ E sẽ nhanh chóng khuếch tán đến lớp tiếp xúc B-C.
Dưới tác dụng của E2 (và điện trường tại điểm tiếp xúc) khuyến khích những electron này chạy sang C tạo thành dòng côlectơ IC.
Chỉ một số rất ít electron không đi qua lớp tiếp xúc B-C mà kết hợp với lỗ trống ở B tạo nên dòng badơ IB.
Vậy: IE = IC + IB , với IB << IC
Số electron từ E chạy sang B càng nhiều (tức IE càng lớn) thì dòng IC càng lớn. Do đó dòng IE có tác dụng điều khiển dòng IC và IC  IE (dòng IB rất nhỏ có thể bỏ qua).
Nếu hiệu điện thế đặt vào lớp tiếp xúc E-B thay đổi thì IE và do đó IC sẽ thay đổi.

Nếu trong mạch côlectơ có mắc điện trở R khá lớn thì hiệu điện thế hai đầu điện trở này là UR = IC.R lớn hơn hiệu điện thế UE-B đặt vào E-B nhiều lần. Kết quả là sự biến thiên của hiệu điện thế UE-B được khuếch đại trong mạch Trandito.

Ứng dụng: dung trong các mạch khuếch đại dao động, trong các máy phát dao động, biến điện,……
Một số loại trandito thường dùng hiện nay
Ảnh minh họa
Ưu điỂm cỦa các dỤng cỤ bán dẪn :
Kích thước nhỏ
Tiết kiệm được năng lượng
Chỉ cần nguồn hiệu điện thế thấp
Bền vững về mặt cơ học
Thời gian sử dụng được dài
…
CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE