Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

CHÀO MỪNG
QÚY THẦY CÔ GIÁO
CÙNG CÁC EM HỌC SINH
NHẮC LẠI KIẾN THỨC CŨ
Câu 01
Chọn câu đúng?
A. Dòng điện trong chất khí là dòng các ion.
B. Dòng điện trong chất khí tuân theo định luật Ôm.
C. Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện dương và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.
D. Cường độ dòng điện trong chất khí ở áp suất bình thường tăng khi hiệu điện thế tăng.
NHẮC LẠI KIẾN THỨC CŨ
Câu 02
Chọn phương án đúng :
Dòng dịch chuyển có hướng của các ion là bản chất của dòng điện trong môi trường
A. kim loại
B. chất điện phân
C. chất khí
D. chân không
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG
CHẤT BÁN DẪN
Chương III: Dòng điện trong các môi trường
Tiết 33
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
NỘI DUNG
I. Cấu tạo của chất bán dẫn
– Phân loại bán dẫn tạp chất
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
2. Phân loại chất bán dẫn tạp chất
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
IV. Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn thường gặp
2. Tranzito lưỡng cực p – n – p và n – p - n
1. Điôt bán dẫn
III. Lớp chuyển tiếp p - n
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
* Chất bán dẫn:
Bán dẫn điển hình và được dùng phổ biến nhất là silic (Si). Ngoài ra, còn có các bán dẫn đơn chất khác như Ge, Se, các bán dẫn hợp chất nhu GaAs, CdTe,ZnS .. Nhiều ôxit, sunfua, sêlenua, telurua. và một số chất pôlime
a. Tính chất khác biệt so với kim loại.
Điện trở suất ? của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi.
Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi chi?u s�ng, nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất kém (giống như điện môi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim loại).
Tính chất điện của bán dẫn phu thuộc rất mạnh vào các tạp chất có mặt trong tinh thể.
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
a. Tính chất khác biệt so với kim loại.
b. Cấu tạo của chất bán dẫn tinh khiết
Khảo sát đối với bán dẫn silic
Xét tinh thể Silic đơn nguyên tử
Mạng tinh thể Silic

Xét một bán dẫn silic (Si).
- Ở nhiệt độ thấp: các liên kết trong mạng tinh thể silic đều rất bền vững, trong bán dẫn không có hạt mang điện tự do và bán dẫn không dẫn điện.


- Ở nhiệt độ tương đối cao một số liên kết bị phá vỡ, electron được giải phóng và trở thành electron tự do đồng thời để lại một lỗ trống mang điện dương ở trong tinh thể. Ở nhiệt độ càng cao liên kết bị phá vỡ càng nhiều, số electron tự do cũng tăng lên và số lỗ trống cũng tăng lên.
- Lỗ trống bên trong mạng tinh thể có thể di chuyển từ chỗ này đến chỗ khác, giống như sự di chuyển của một điện tích dương.
- Nhiệt độ càng cao thì số electron và lỗ trống càng nhiều, vì vậy độ dẫn điện của bán dẫn tăng theo nhiệt độ.Với bán dẫn tinh khiết độ dẫn điện thường là nhỏ.
- Ở nhiệt độ cao hạt mang điện tự do trong chất bán dẫn tinh khiết là electron và lỗ trống mang điện tích dương.
? Kết Luận
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
a. Tính chất khác biệt so với kim loại.
b. Cấu tạo của chất bán dẫn tinh khiết
c. Cấu tạo của chất bán dẫn pha tạp chất
Để tăng độ dẫn điện người ta pha thêm tạp chất vào bán dẫn.
a. Bán dẫn loại n
- Giả sử pha vào tinh thể silic một lượng rất nhỏ các nguyên tử P. Nguyên tử P có 5 electron ở lớp ngoài cùng, 4 electron trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử silic ở gần còn electron thứ 5 của P thì liên kết rất yếu với hạt nhân và dễ dàng tách khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do.
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
2. Phân loại bán dẫn tạp chất
? Em có nhận xét gì về mật độ electron và lỗ trống trong bán dẫn?
a. Bán dẫn loại n
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
2. Phân loại bán dẫn tạp chất
Mật độ electron rất lớn so với 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.
? Kết quả
a. Bán dẫn loại n
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
2. Phân loại bán dẫn tạp chất
b. Bán dẫn loại p
- Giả sử pha vào tinh thể silic một lượng rất nhỏ các nguyên tử B. Nguyên tử B có 3 electron ở lớp ngoài cùng, 3 electron này tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử silic ở gần. Vậy nguyên tử B còn thiếu 1 electron để tham gia vào liên kết với nguyên tử silic ở gần. Do đó nó sẽ chiếm 1 electron của 1 nguyên tử gần nhất, electron vừa đi ra đã để lại sau nó 1 lỗ trống.
? Em có nhận xét gì về mật độ electron và lỗ trống trong bán dẫn?
a. Bán dẫn loại n
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
1. Cấu tạo của chất bán dẫn
2. Phân loại bán dẫn tạp chất
b. Bán dẫn loại p
- Mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ electron
? Bán dẫn loại p.
- Trong bán dẫn loại p, hạt mang điện cơ bản là lỗ trống còn electron là hạt mang điện không cơ bản.
? Kết quả
? Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
-Khi không có điện trường ngoài đặt vào tinh thể bán
dẫn: các electron và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạn
? Trong bán dẫn không có dòng điện.
- Khi có điện trường ngoài đặt vào tinh thể bán dẫn.
- Khi có điện trường ngoài đặt vào tinh bán dẫn : các electron chuyển động ngược chiều điện trường, còn lỗ trống chuyển động theo chiều điện trường
? Trong bán dẫn có dòng điện.
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
- Dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng đồng thời của các electron và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường ngoài.
? Kết Luận
- Các electron chuyển động ngược chiều điện trường, các lỗ trống “chuyển động” cùng chiều điện trường
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
III. Lớp chuyển tiếp p - n
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
III. Lớp chuyển tiếp p - n
- Khi có 2 loại bán dẫn p và n đặt tiếp xúc nhau thì có sự khuyếch tán electron tự do từ phần bán dẫn n sang p và lỗ trống khuyếch tán từ phần bán dẫn p sang n, kết quả là ở mặt phân cách giữa 2 bán dẫn hình thành một lớp tiếp xúc tích điện dương về phía bán dẫn n và tích điện âm về phía bán dẫn p. Do đó trong lớp tiếp xúc có điện trường E hướng từ n sang p làm ngăn cản sự khuyếch tán của các hạt mang điện. Do có sự khuyếch tán nói trên nên số hạt mang điện cơ bản ở sát hai bên của lớp tiếp xúc giảm đi nên điện trở của lớp tiếp xúc rất lớn.
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
III. Lớp chuyển tiếp p - n
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
Ith
III. Lớp chuyển tiếp p - n
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
- Khi nối bán dẫn loại p vào cực dương, bán dẫn loại n vào cực âm của nguồn điện. Điện trường E do nguồn điện tạo ra hướng từ p sang n làm cho hạt mang điện cơ bản di chuyển qua lớp tiếp xúc, nên có dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc.
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
III. Lớp chuyển tiếp p - n
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
III. Lớp chuyển tiếp p - n
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
- Khi nối bán dẫn loại n vào cực dương, bán dẫn loại p vào cực âm của nguồn điện. Điện trường E do nguồn điện tạo ra hướng từ n sang p làm cho hạt mang điện cơ bản không di chuyển qua lớp tiếp xúc, chỉ có hạt mang điện không cơ bản đi qua lớp tiếp xúc tạo ra dòng điện có cường độ rất nhỏ gọi là dòng điện ngược.
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
III. Lớp chuyển tiếp p - n
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
- Lớp tiếp xúc p-n chỉ dẫn điện theo một chiều từ p sang n.
? Kết luận
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
III. Lớp chuyển tiếp p - n
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
Đặc trưng vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p-n
- 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 trên hình bên .
- Tính chất của lớp chuyển tiếp p-n được ứng dụng trong nhiều dụng cụ bán dẫn như điôt, tranzito.
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
III. Lớp chuyển tiếp p - n
IV. Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn thường gặp
1. Điôt bán dẫn
Là các dụng cụ bán dẫn hai cực , trong đó có một lớp chuyển tiếp p - n .
Nguyên tắc hoạt động : Dựa vào tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p - n.
Tác dụng : chỉnh lưu dòng điện xoay chiều
? Điốt chỉnh lưu
Ký hiệu :
2. TRANZITO
a. Cấu tạo và Phân loại
? Cấu tạo
Là một dụng cụ bán d?n có hai lớp chuyển tiếp p - n . Nó gồm ba phần có tính chất dẫn điện khác nhau
Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I. Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn
II. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn
III. Lớp chuyển tiếp p - n
IV. Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn thường gặp
1. Điôt bán dẫn
? Phân loại
Tranzito p - n - p và Tranzito n - p - n
2. TRANZITO
a. Cấu tạo và Phân loại
Tranzito có ba cực:
- Cực góp hay colectơ; kí hiệu C
Cực đáy hay cực gốc, hoặc Bazơ; kí hiệu B
- Cực phát hay emitơ; kí hiệu E
b. Hoạt động
Nối hai cực E và B vào nguồn ?1 cho dòng điện theo chiều thuận
Nối hai cực C và B vào nguồn ?2 lớn hơn ?1 từ 5 đến 10 lần đặt vào lớp chuyển tiếp B - C một hiệu điện thế ngược .
2. TRANZITO
a. Cấu tạo và Phân loại
Nếu hiệu điện thế giữa E và B biến thiên một lượng ?UEB ? IB và IE biến thiên ? IC cũng biến thiên theo ? xuất hiện ?IC ? xuất hiện :
?UR = ?IC R
?UR = ??IB > ?UEB nhiều lần.
b. Hoạt động
2. TRANZITO
a. Cấu tạo và Phân loại
Biến thiên hiệu điện thế ?UEB được khuyếch đại trong mạch tranzito
? Cấu tạo
Khi IB = 0 ? Tranzito ở trạng thái ngắt .
Khi IB có giá trị lớn và IC đạt giá trị cực đại
? Tranzito ở giá trị bảo hòa.
b. Hoạt động
2. TRANZITO
a. Cấu tạo và Phân loại
MỘT SỐ DỤNG CỤ BÁN DẪN
CỦNG CỐ BÀI
Câu 01
Tìm câu đúng?
A. Trong bán dẫn, mật độ electron luôn luôn bằng mật độ lỗ trống.
B. Nhiệt độ càng cao, bán dẫn dẫn điện càng tốt.
C. Bán dẫn loại p tích điện dương, vì mật độ lỗ trống hơn mật độ electron.
D. Bán dẫn có điện trở suất cao hơn kim loại, vì trong bán dẫn có hai loại hạt tải điện trái dấu, còn trong kim loại chỉ có một loại.
CỦNG CỐ BÀI
Câu 02
Chọn câu đúng?
A. Diện trở của lớp chuyển tiếp p-n là nhỏ, khi lớp chuyển tiếp được mắc vào nguồn điện theo chiều ngược.
B. Nhiệt độ càng cao, tính chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p-n càng kém.
C. Khi lớp chuyển tiếp p-n được hình thành thì luôn có dòng điện chạy theo chiều từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, do sự khuếch tán của các hạt tải điện cơ bản mạnh hơn so với sự khuếch tán của các hạt tải điện không cơ bản.
D. Khi lớp chuyển tiếp p-n được hình thành thì luôn có dòng điện từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, do điện trường trong ở lớp chuyển tiếp thúc đẩy chuyển động của các hạt tải điện thiểu số.