Bài 23. Dòng điện trong chất bán dẫn

TRƯỜNG THPT THIÊN HỘ DƯƠNG
huyện Cái Bè – Tiền Giang
Tổ: Vật Lý
GV: Huỳnh Công Vương
Lớp dạy: 11A1, 11A2
Ngày dạy: 12/11/2008

Kiểm tra bài cũ
Câu 1: Hãy nêu bản chất dòng điện trong chất khí
Câu 2: Miêu tả sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế.
Ibh
I
Uo
Uc
U
0
-C1: Bản chất dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường , các ion âm và electron ngược chiều điện trường.

C2: UUoU>Uc : U tăng  I tăng nhanh
Cõu 3 :
Nờu b?n ch?t dũng di?n trong kim lo?i ? Di?n tr? su?t c?a kim lo?i ph? thu?c v�o nhi?t d? nhu th? n�o ?

Cõu 4: Khi nhi?t d? tang, s? chuy?n d?ng nhi?t c?a cỏc electron t? do trong kim lo?i tang hay gi?m ?
TR? L?I :
- B?n ch?t dũng di?n trong kim lo?i l� dũng chuy?n d?i cú hu?ng c?a cỏc electron t? do du?i tỏc d?ng c?a di?n tru?ng .
- Di?n tr? su?t c?a kim lo?i tang khi nhi?t d? tang v� ngu?c l?i .
Khi nhi?t d? tang cỏc electron trong kim lo?i chuy?n d?ng nhi?t c�ng nhanh .
Ảnh bên trình bày các linh kiện bán dẫn: điôt, tranzito, vi mạch….chúng có mặt trong mọi thiết bị điện tử dùng trong đời sống, khoa học, kĩ thuật.

Nội dung chính
Tính chất điện của bán dẫn.
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết.
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất.
Lớp chuyển tiếp p-n.

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
Bán dẫn điển hình và được dùng phổ biến nhất là: Si (silic), ngoài ra còn có: Ge,Se, B, ZnS…
Tính chất:
-
Điện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi
Hình 23.1
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
Bán dẫn điển hình và được dùng phổ biến nhất


b. Tính chất:
-
-Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn nhiệt rất kém. ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt.


Hình 23.2
b. Tính chất :
-
-
- Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc rất nhiều vào các tạp chất có mặt trong tinh thể.
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
a. Bán dẫn điển hình và được dùng phổ biến nhất


1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:

Bán dẫn Si:
-Si có hóa trị 4, 4 electron liên kết chặt chẽ với 4 nguyên tử lân cận, liên kết giữa các nguyên tử bền vững.
- Nhiệt độ thấp: không dẫn điện.


Nhiệt độ tương đối cao:
+ Các nguyên tử dao động nhiệt mạnh, sinh ra electron tự do và lỗ trống.
+ Ở một nhiệt độ xác định số lượng electron tự do và lỗ trống trong một chất bán dẫn là hằng số.
+ Khi có điện trường: electron chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường gây nên dòng điện trong bán dẫn.
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:

* Nhận xét:
- Vậy, dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các electron và lỗ trống.
- Bán dẫn tinh khiết gọi là bán dẫn loại i, ở bán dẫn tinh khiết, số electron bằng số lỗ trống. Sự dẫn điện này gọi là sự dẫn điện riêng.
Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng, giảm khi nhiệt độ giảm.
Điện trở suất của bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Đó là hiện tượng quang dẫn.

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:

Nếu bán dẫn Silic có pha tạp chất, tức là ngoài các nguyên tử Silic, còn các nguyên tử khác, thì tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều.
Cùng với sự dẫn điện riêng còn có sự dẫn điện do tạp chất.
Có 2 loại: + bán dẫn loại n
+ bán dẫn loại p

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:

Bán dẫn loại n:

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:

- Giả sử trong mạng tinh thể Silic có lẫn một nguyên tử phôtpho (P).
P:1s2 2s22p6 3s23p3
Si
P
Electron dư trong nguyên tử Phôtpho liên kết yếu với nguyên tử Phôtpho.
Mô hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất P:
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
P+
Electron dư thừa dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử
Bán dẫn loại n:
* Nhận xét:

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:

- Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm các electron tự do, mà không làm tăng thêm 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.
b. Bán dẫn loại p:

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
a. Bán dẫn loại n:
Giả sử trong mạng tinh thể Silic có lẫn một nguyên tử Bo (B).
B:1s2 2s22p6 3s23p1
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
Si
Si
Si
Si
Si
Si
B-
Si
Lỗ trống
b. Bán dẫn loại p:
* Nhận xét:
-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.



1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
a. Bán dẫn loại n:
Chú ý:
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, tùy theo tỷ lệ giữa 2 loại tạp chất.

- 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. Đây chính là tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng dụng.

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
Bán dẫn loại n:
b. Bán dẫn loại p:
a/ Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
Cho hai bán dẫn loại p và n tiếp xúc nhau.
Tại lớp tiếp xúc chủ yếu:
+ Lỗ trống từ p sang n tái hợp với các electron
+ Electron từ n sang p tái hợp với lỗ trống.
Tại lớp tiếp xúc: bên p có các ion âm tạp chất, bên n có các ion dương tạp chất điện trường trong .
-Tại lớp tiếp xúc hình thành lớp chuyển tiếp p-n. lớp này gọi là lớp nghèo hạt tải điện, gọi tắt là lớp nghèo

1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
4/ Lớp chuyển tiếp p-n
b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n.
n
p
(+)
( - )
Et
En
Ith
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
4/ Lớp chuyển tiếp p-n
a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n
Ith lớn
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
4/ Lớp chuyển tiếp p-n
a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
- Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p – n mắc theo chiều thuận, còn gọi là lớp chuyển tiếp p – n được phân cực thuận.
* Nhận xét
-Như vậy, khi lớp chuyển tiếp được phân cực thuận, các hạt tải điện đa số ở hai phía đều đi đến lớp chuyển tiếp và vượt qua lớp này, gây nên sự phun lỗ trống vào bán dẫn loại n, và phun electron vào bán dẫn loại p.
b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n.
 Trường hợp 2: cực dương nối với bán dẫn n, cực âm nối với bán dẫn p.
n
p
( - )
(+)
Et
En
Ing
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
4/ Lớp chuyển tiếp p-n
a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n.
Ing nhỏ
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
4/ Lớp chuyển tiếp p-n
a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
* Nhận xét
b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n.
 Trường hợp 2: cực dương nối với bán dẫn n, cực âm nối với bán dẫn p.
-Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p – n mắc theo chiều ngược, còn gọi là lớp chuyển tiếp p – n được phân cực ngược.
-Như vậy, lớp chuyển tiếp p – n mắc theo chiều thuận (từ p sang n) có cường độ lớn, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n mắc theo chiều ngược có cường độ rất nhỏ.
=> Lớp chuyển tiếp p – n dẫn điện tốt theo 1 chiều, từ p sang n. Lớp chuyển tiếp p – n có tính chất chỉnh lưu.
c. Đặc tuyến vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p-n
1/ Tính chất điện của chất bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
4/ Lớp chuyển tiếp p-n
Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
U
I
Ith
In
* Câu hỏi và Bài tập.
Bài 3
Bài 1
Bài 2
Bài 4
Câu 1:
Tìm câu đúng:
Trong chất bán dẫn, mật độ electron luôn bằng mật độ lỗ trống .
Nhiệt độ càng cao, bán dẫn dẫn điện càng 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, còn kim loại chỉ có một.
a)
b)
c)
d)
ĐÁP ÁN:
b
Câu 2:
Tìm câu đúng:
Điện trở của lớp chuyển tiếp p – n nhỏ, khi lớp chuyển tiếp được mắc vào nguồn điện theo chiều ngược.
Khi lớp chuyển tiếp p - n hình thành thì luôn có dòng điện chạy theo chiều từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, do sự khếch tán của các hạt tải điện cơ bản mạnh hơn sự khếch tán của các hạt tải địên không cơ bản,.
Nhiệt độ càng cao, tính chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p - n càng kém.
Khi lớp chuyển tiếp p - n hình thành thì luôn có dòng điện từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, do điện trường trong lớp chuyển tiếp thúc đẩy chuyển động của các hạt tải điện thiểu số.
a)
b)
c)
d)
ĐÁP ÁN:
c
Câu 3:
ở nhiệt độ phòng, trong bán dẫn Si tinh khiết, số cặp electrong – lỗ trống bằng 10-13 số nguyên tử Si. Nếu ta pha P vào Si với tỉ lệ một phần triệu, thì số hạt tải địên tăng lên bao nhiêu lần?
5.106 lần
6.105 lần
5,3.105 lần
6,7.106 lần
a)
b)
c)
d)
ĐÁP ÁN:
ở nhiệt độ phòng, trong bán dẫn Si tinh khiết, số cặp electrong – lỗ trống bằng 10-13 số nguyên tử Si. Nếu ta pha P vào Si với tỉ lệ một phần triệu, thì số hạt tải địên tăng lên bao nhiêu lần?
Giải:
Số hạt tải điện khi chưa có tạp chất: 2.10-13
Số hạt tải điện khi có tạp chất: 2.10-13 + 10-6
Lập tỉ số:
Câu 3:
Câu 4:
Câu nào dưới đây nói về phân loại chất bán dẫn là không đúng?
Bán dẫn riêng là bán dẫn hoàn toàn tinh khiết, trong đó mật độ electron tự do bằng mật độ lỗ trống
Bán dẫn tạp chất là bán dẫn trong đó các hạt tải điện chủ yếu được tạo ra bởi các nguyên tử tạp chất
Bán dẫn loại n là bán dẫn trong đó mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron tự do
Bán dẫn loại p là bán dẫn trong đó mật độ electron tự do nhỏ hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.
a)
c)
d)
ĐÁP ÁN:
b)