Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

DÒNG ĐIỆN
TRONG
CHẤT BÁN DẪN
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn (Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
 Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng.
Gọi là "bán dẫn" vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.
Trantizo
Đi-ôt
HẠT TẢI ĐIỆN CƠ BẢN
Hạt electron
Lỗ trống
Ở bán dẫn tinh khiết, số electron
và số lỗ trống bằng nhau.
ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ DÒNG ĐIỆN
● Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn: là dòng chuyển dời có hướng của các electron và lỗ trống.

● Khi không có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn: các e và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạn


● Khi có điện trường ngoại đặt vào tinh thể bán dẫn : Các e chuyển động ngược chiều điện trường , còn lỗ trống chuyển động theo chiều điện trường



Trong bán dẫn không có điện
Trong bán dẫn có điện
ĐẶC ĐIỂM RIÊNG CỦA CHẤT BÁN DẪN
1015
1020
105
1010
100
10-10
10-5
Điện môi
Bán dẫn
Kim loại
● Điện trở suất p của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại
và điện môi.

● Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi chiếu sáng, nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp bán dẫn dẫn điện rất kém (giống điện môi), còn ở nhiệt độ cao bán dẫn rất điện tốt (giống kim loại)
PHÂN LOẠI BÁN DẪN
Bán dẫn tinh khiết

Bán dẫn có tạp chất
Bán
dẫn
loại
n
Bán
dẫn
loại
p
SỰ DẪN ĐIỆN BÁN DẪN TINH KHIẾT
( Ở nhiệt độ thấp: các liên kết trong mạng tinh thể Si rất bền vững, trong bán dẫn không có hạt mạng điện tự do và bán dẫn không dẫn điện  
Ở nhiệt độ cao: Một số liên kết bị phá vỡ, e được giải phóng và trở thành e tự do đồng thời để lại 1 số lỗ trống mang điện dương ở trong tinh thể. Ở nhiệt độ càng cao liên kết bị phá vỡ càng nhiều, số e tự do cũng tăng lên và số lỗ trống cũng tăng lên. Khi e bứt khỏi liên kết thì có lỗ trống => lỗ trống mang điện tích dương, một e khác được chuyển đến lấp đầy và tạo thành lỗ trống khác. Khi có điện trường mới đặt vào thì e chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều => có dòng điện )
Xét cấu trúc tinh thể Silic
BÁN DẪN LOẠI N
Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Photpho. P có 5 e ở lớp ngoài cùng, 4 trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si ở gần còn e thứ 5 của P thì liên kết rất yếu với hạt nhân và dễ dàng tách khỏi nguyên tử để trở thành e tự do.
=> Mật độ e lớn hơn mật độ lỗ trống
=> Bán dẫn loại n            
 => Trong bán dẫn loại n hạt mang điện cơ bản là electron, còn lỗ trống
là hạt mang điện không cơ bản.


BÁN DẪN LOẠI P
Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Bo.
B có 3 e ở lớp ngoài cung, 3 trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si ở gần . Vậy nguyên tử B còn thiếu 1 e để tham gia vào liên kết với nguyên tử Si ở gần . Do đó sẽ chiếm 1 e  của 1 nguyên tử gần nhất , e vừa đi ra đã để lại sau 1 lỗ trống.
Mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ e
Trong bán dẫn loại p hạt mang điện cơ bản là lỗ trống con electron là hạt mang điện không cơ bản


LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
a, Sự hình thành:
Đặt 2 loại bán dẫn p và bán dẫn n tiếp xúc nhau :
+ Khuếch tán e tự do từ phần n sang p
  + Khuếch tán lỗ trống từ phần p sang n

=> Hình thành 1 lớp tiếp xúc nhiễm điện dương về phía n ( lỗ trống ) và 1 lớp tiếp xúc nhiễm điện âm về phía p ( electron )

=> Do đó trong lớp tiếp xúc có điện trường E hướng từ n sang p làm ngăn cản sự khuếch tán của các hạt mang điện.



b, Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n:
-   Nối bán dẫn p vào cực dương n vào cực âm => Điện trường E hướng từ p sang n => Hạt mang điện cơ bản di chuyển qua lớp tiếp xúc => Có dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc

-   Nối bán dẫn n vào cực dương p vào cực âm => Điện trường E hướng từ n sang p

=> Hạt mang điện cơ bản không di chuyển qua lớp tiếp xúc được mà chỉ có hạt mang điện không cơ bản qua được lớp tiếp xúc => Có dòng điện rất nhỏ gọi là dòng điện ngược

=> Lớp tiếp xúc p-n chỉ dẫn điện theo 1 chiều từ p sang n
ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG VÔN – AMPE KẾ:
- Khảo sát sự biến thiên của cường độ dòng điện theo hiệu điện thế , ta có thể thu được đường đặc trưng vôn ampe của lớp chuyển tiếp p-n như hình trên
 
- Tính chất của lớp chuyển tiếp p-n được ứng dụng trong nhiều dụng cụ bán dẫn như điốt , tranzito


ỨNG DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
Điốt
(điôt là các linh kiện bán dẫn 2 cực
trong đó có một lớp chuyển tiếp p-n)
Điôt chỉnh lưu
( Chỉnh lưu dòng diện xoay chiều)
Photodiot
( Biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, là một loại dụng cụ không thể thiếu trong thông tin quang học hóa )
Pin mặt trời
( Chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện )
Diot phát
quang
( Được
dùng
làm các
bộ hiển
thị, đèn
báo, làm
các màn
hình
quảng
cáo và
làm nguồn
sáng )
Pin
nhiệt
điện
bán
dẫn
ẢNH ĐIÔT
Tranzito
Cấu tạo: Là một dụng cụ bán dẫn có hai lớp chuyển tiếp p-n, nó gồm 3 phần có tính chất dẫn điện khác nhau


Phân loại
Tranzito p-n-p
Tranzito n-p-n


3 cực
Cực góp
Cực phát
Cực đáy
ảnh trantizo
DANH SÁCH THÀNH VIÊN
Lương Hùng Quyền 2. Nguyễn Việt Tùng


3. Nguyễn Đình Tuấn Thành 4. Trương Quang Vũ


5. Đào Duy Trung 6. Ngô Mạnh Trí


7. Nguyễn Khánh Vy