Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Tiết 2 :
iii. Lớp tiếp xúc p - n
iv. điốt bán dẫn. Mạch chỉnh lưu dùng điốt bán dẫn.
V. Tranzito lưỡng cực n - p - n .
cấu tạo và nguyên lý hoạt động
BÀI 17
DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
Bán dẫn là chất trung gian giữa kim loại và điện môi nhử gemani , silic .
1015
1020
105
1010
100
10-10
10-5
Kim loại
Bán dẫn
Điện môi
So sánh điện trở suất của Bán Dẫn với điện trở suất của Kim Loại và điện môi
(kl) < (bd) < (ñm)
So sánh sự phụ thuộc điện trở suất của Kim Loại vào nhiệt độ với sự phụ thuộc điện trở suất của Bán Dẫn vào nhiệt độ ?
- Điện trở suất của chất Bán Dẫn có giá trị trung gian giữa Kim Loại và Điện Môi .
i. Chất Bán dẫn và tính chất
BÀI 17
DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
TN0
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
Bán dẫn là chất trung gian giữa kim loại và điện môi nhử gemani , silic .
- Ñieän trôû suaát Baùn Daãn thay ñoåi nhö theá naøo khi pha theâm löôïng nhoû taïp chaát , bò chieáu saùng , bò taùc nhaân taùc duïng .
- Điện trở suất của chất Bán Dẫn có giá trị trung gian giữa Kim Loại và Điện Môi .
- Sự phụ thuộc điện trở suất của Bán dẫn và Kim Loại vào nhiệt độ là ngược nhau
Ơ� nhiệt độ thấp , điện trở suất của BD siêu tinh khiết rất lớn , khi nhiệt độ tăng điện trở suất giảm nhanh , (hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm ).
- Điện trở suất của Bán dẫn giảm khi pha thêm tạp chất bị chiếu sáng ,tác dụng của tác nhân ion hoá .
BÀI 17
DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
?
Hạt mang điện tự do trong chất bán dẫn là những hạt nào ?
Có phải ion âm
Ion dương
Electron
Hay là loại hạt mang điện nào ?
Chất Bán Dẫn có mấy loại , dựa vào đặc điểm nào để phân loại chất Bán Dẫn ?
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p .
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p .
Nguyªn tö Si cã mÊy electron líp ngoµi cïng ?
- Xét Bán Dẫn tinh khiết điển hình silic (si )
electron
- Khi liên kết các nguyên tử Si liên kết bằng loại liên kết nào ?
Silic (Si) có số thứ tự 14- 1s22s22p63s23p2
Si
Si
Si
8
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Mô hình mạng tinh thể Silic tinh khieát
Ở nhiệt độ thấp,, các electron hóa trị gắn bó chặc chẽ với các nguyên tử ở nút mạng.
=> Không có các electron tự do
Cặp electron hoá trị dùng chung
Ơ� điều kiện nhiệt dộ thấp trong mạng tinh thể có hạt mang điện tự do ?
9
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Khi nhiệt độ tăng cao
Vậy, ở nhiệt độ cao luôn có sự phát sinh các cặp electron – lỗ trống.
Số electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết bằng nhau.
Lỗ Trống
Hạt mang điện tự do trong bán dẫn là hạt nào ?
Electron tự do
Gồm :
Lỗ Trống
Electron dẫn
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p .
Gồm : + Eletron tự do : mang điện tích âm .
+ Lỗ trống : mang điện tích dương.
- Bán dẫn tinh khiết thì số lỗ trống bằng số electron
Nếu pha tạp chất thì trong bán dẫn có gì khác biệt ?
Nguyên tử photpho có 5 electron ở lớp ngoài .
Giả sử trong mạng tinh thể Silic có lẫn một nguyên tử phôtpho (P).
Si
P
Electron dư trong nguyên tử Phôtpho liên kết yếu với nguyên tử Phôtpho.
P:1s22s22p63s23p3
Mô hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất Phopho:
Si
P
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
+
Electron dư thừa dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử
Electron thừa
Electron dẫn
CD
13
 Như vậy, tạp chất Photpho đã tạo thêm các electron tự do, mà không làm tăng thêm số lỗ trống.
 Bán dẫn coù hạt tải điện cơ bản laø electron goïi laø bán dẫn loại n.
NHẬN XÉT:
soá electron nhieàu hôn soá loã troáng
 Ta gọi electron là hạt tải điện cơ bản hay đa số , lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản hay thiểu số.
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p .
- Gồm : + Eletron tự do : mang điện tích âm .
+ Lỗ trống : mang điện tích dương.
- Bán dẫn tinh khiết thì số lỗ trống bằng số electron
- Bán dẫn n là Bán Dẫn có số electron nhiều hơn số lỗ trống .
Giả sử ta pha tạp chất có 3 electron ngoài cùng
Giả sử trong mạng tinh thể Silic có lẫn một nguyên tử Bo (B).
B:1s22s22p63s23p1
Si
B
Lỗ trống tạo nên do nguyên tử Bo thiếu 1 electron liên kết với 1 nguyên tử Silic lân cận
Mô hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất B:
Si
B
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
-
Một electron ở liên kết gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết trống này và tạo thành 1 lỗ trống mới.
 Như vậy, tạp chất B pha vào bán dẫn Silic 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 đa số , electron là hạt tải điện không cơ bản hay thiểu số.
 Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại p.
NHẬN XÉT:
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p .
- Gồm : + Eletron tự do : mang điện tích âm .
+ Lỗ trống : mang điện tích dương.
- Bán dẫn tinh khiết thì số lỗ trống bằng số electron
- Bán dẫn n là Bán Dẫn có số electron nhiều hơn số lỗ trống .
- Bán dẫn loại p là Bán Dẫn có số lỗ trống nhiều hơn số electron .
- Lỗ trống mang điện dương sẽ chuyển động cùng chiều hay ngược chiều điện trường ?
- Các hạt mang điện tự do trong bán dẫn chuyển động như thế nào trong điện trường ?
Khi có điện trường đặt vào chất bán dẫn
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
E
Khi có điện trường đặt vào chất bán dẫn
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
- Bản chất dòng điện trong chất Bán Dẫn là dòng electron và lỗ trống chuyển dời như thế nào so với điện trường ?
2 .Bản chất dòng điện trong chất Bán Dẫn .
E
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn
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 .
- Dòng điện trong chất Bán Dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường .
Tạp chất cho mạng tinh thể electron hay nhận ?
Nếu pha 2 loại tạp chất, chẳng hạn cả P và B, vào bán dẫn Silic, thì bán dẫn này có thể là bán dẫn loại p hay loại n laø tùy theo tỷ lệ giữa 2 loại tạp chất .
Nếu muốn tạo ra Bán Dẫn loại n thì tạp chất có mấy electron hoá trị ?.....
5
Si
P
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
+
Electron thừa
Electron dẫn
Bán Dẫn chứa tạp chất cho là Bán Dẫn loại n .
Tạp chất cho tinh thể electron hay nhận ?
Người ta gọi chúng là tạp chất cho ( đôno )
- Tạp chất cho là tạp chất có số electron hoá trị lớn hơn của mạng tinh thể bán đẫn .
3
Nếu muốn tạo ra Bán Dẫn loại p thì tạp chất có mấy electron hoá trị ? .....
Tạp chất cho tinh thể electron hay nhận ?
Si
B
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
-
Thiếu electron
Bán Dẫn chứa tạp chất nhận là Bán Dẫn loại p .
Tạp chất cho tinh thể electron hay nhận ?
i. Chất Bán dẫn và tính chất
1- Khái niệm bán dẫn :
2-Tính chất của chất bán dẫn :
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn
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 .
3 .Tạp chất cho (đôno ) tạp chất nhận ( axepto )
- Bán Dẫn chứa tạp chất nhận là Bán Dẫn loại p .
- Bán Dẫn chứa tạp chất cho là Bán Dẫn loại n .
* Tạp chất cho là tạp chất có số electron hoá trị lớn hơn của mạng tinh thể bán dẫn .
* Tạp chất nhận là tạp chất có số electron hoá trị nhỏ hơn của mạng tinh thể .
C1
Kiến thức cần đạt
+ Bán dẫn ? Có mấy loại ?
+ tính chất ?
+ hạt mang điện tự do ?
+ bản chất dòng điện trong bán dẫn ?
+ Tạp chất cho , tạp chất nhận ?
+ electron và lỗ trống
+ điện trở suất của Bán Dẫn so với kim loại ?
+ điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ tăng ?
+ khi pha tạp chất , dùng tac nhân điện trở suất thay đổi như thế nào ?
+ electron và lỗ trống chuyển dời như thế nào so với cường độ điện trường ngoài ?
Câu nào dưới đây nói về các hạt tải điện trong chất bán dẫn là đúng ?
Các hạt tải điện trong bán dẫn loại n chỉ có electron tự do
Các hạt tải điện trong bán dẫn loại p chỉ có lỗ trống
Các hạt tải điện trong bán dẫn luôn bao gồm : lỗ trống và electron tự do
Các hạt tải điện trong bán dẫn luôn chuyển động ngược chiều điện trường
C
Tìm câu đúng
Trong chất bán dẫn, mật độ electron luôn bằng mật độ lỗ trống .
Nhiệt độ càng cao, bán dẫn dẫn ñieäncàng tốt.
Bán dẫn loại p tích điện dương vì mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ electron.
Bán dẫn có điện trở xuất cao hơn kim loại, vì trong bán dẫn có 2 loại hạt tải điện trái dấu.
a)
b)
c)
d)
Bán Dẫn là vật liệu quan trọng quyết định sự phát triển công nghệ thông tin .
- Như vậy, bằng cách chọn loại tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn , người ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn .
Vậy dựa trên những đặc điểm nào ? Và những linh kiện đó hoạt động ra sao ?
So sánh điện trở suất của bán dẫn gecmani tinh khiết, gecmani pha tạp gali 10-6% và gecmani pha tạp gali 10-3% ở nhiệt độ 300 K với nhau và với điện trở suất của các kim loại (khoảng 10-8 )
Chất bán dẫn
Ánh sáng , tác nhân
Điện trở suất tăng hay giảm khi có ánh sáng , tác nhân ?
Chất bán dẫn
Nhi?t độ T1
Nhi?t độ T2 > T1
- Điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ tăng ?
- Hãy nhận xét khi Nhi?t độ T2 > T1 thì dòng điện qua bán dẫn tăng hay giảm ?
- So sánh với điện trở suất của kim loại .?
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Chiều chuyển động của lỗ trống
Chiều chuyển động của electron