Tài liệu Malvino-EP-02- Bán dẫn pptx

conduction band= dãy dẫn depletion layer=miên nghèo hạt dẫn tự do diode Doping = pha tạp chất... Từ Vựng 2 forward bias = phần cực thuận free electron = điện tử tự do Hole = lỗ trỗn

Chương 2

Bán dẫn

conduction band= dãy dẫn

depletion layer=miên nghèo (hạt dẫn tự

do)

diode

Doping = pha tạp chất

Từ Vựng (2)

forward bias = phần cực thuận

free electron = điện tử tự do

Hole = lỗ (trỗng)

junction diode = diode tiép xuc

junction temperature = nhiét d6 tiép xuc majority carriers = cac hat dan da sé

minority carriers = cac hat dẫn thiêu sô n-type semiconductor = ban dan loai N

Từ Vựng (3)

p-type semiconductor = ban dan loại P

pn junction = tiêp xúc PN

Recombination = tal hop

reverse bias = phân cực ngược

Semiconductor = ban dan

Silicon

surface-leakage current = dòng rò bê mặt

thermal energy = nhiệt nang

Nội dung chương 2

2-1 Vật dẫn điện

2-2 Bán dẫn

2-3 Tinh thé Silic

2-4 Ban dan néi tai (ban dan thuan)

2-5 Hai loai dong (hat dan)

2-6 Pha tap chat vao ban dan

2-7 Hai loại bán dẫn ngoại lai (có pha tạp chất)

2-8 Diode chua phân cực

2-9 Phan cuc thuan

2-10 Phan cực ngược

2-11 Danh thung

2-12 Các mức năng lượng

2-13 Đôi năng lượng

2-14 Rào thê và nhiệt độ

2-15 Diode phan cuc ngược

2-1 Vật dân điện

Các vật dẫn điện tốt nhất là bạc, đông và

vàng

Quỹ đạo Ôn định

Điện tử hóa trị: điện tử ở lớp ngoài cùng

trong nguyên tử

Điện tử tự do dễ dàng sinh ra trong vật

dân điện

FIGURE 2-1 Copper atom FIGURE 2-2 Core diacrem of copper

atom.

2-2 Bán dân

- Bán dẫn có tính chất điện giữa chât dẫn

điện và chât cách điện

° Các bán dẫn tốt nhất có 4 điện tử hóa trị

» TD: Silicon, Germanium là bán dẫn, cả hai

đêu có 4 điện tử hóa trị

2-3 Tinh thé Silicon

Khi các nguyên tử Si kêt hợp lại đề tạo thành

chat ran, chung tu sap xếp thanh một khuôn

mẫu trật tự được gọi là tỉnh thé (crystal)

Mỗi nguyên tử Sỉ góp chung mỗi điện tử hóa trị của nó với nguyên tử Si kê cận đề tạo thành 8

Liên kêt đông hóa trị

(a) (b)

FIGURE 2-4 (2) Ato™T IN crystal Nas ‘our reignbors; (0) covalent donds

Sinh và tái hợp cặp điện tử-lỗ

Figure 2-5 (a) Nhiệt năng tạo điện tử và lỗ;

(b) Tái hợp điện tử tự do và lỗ

Bên trong tinh thé Si

Một sô điện tử tự do và lỗ được tạo bởi

nhiệt nẵng

Các điện tử tự do và lỗ khác đang tái hợp

Sự tái hợp thay đồi từ vài ns đến nhiêu us

Một số điện tử tự do và lỗ tôn tại tam thời

đang đợi tái hợp

Thời gian sống là hiệu sé thời gian tính

từ lúc có sinh ra và tái hợp điện tử tự do

2-4 Bán dẫn nội tại

Bán dẫn nội tại là bán dẫn thuân (được

tạo nên bởi 1 loại nguyên tử)

Tinh thé Si hoạt động như chất cách điện

ở nhiệt độ phòng vì chỉ có một ít điện tử tự

do và lô được tạo ra từ nhiệt năng

n=nông độ điện tử tự do (sô điện tử/đvtt)

p=nông độ lỗ (số lỗ/đvtt)

Với bán dẫn thuân n = p = n; (nông độ hạt

dân nội tại, phụ thuộc nhiệt độ)

2-5 Hai loại dòng (điện)

¢ C6 2 loai dòng: điện tử tự do và lỗ

„ Điện tử tự do và lỗ chuyên động ngược

chiêu nhau khi có tác động của điện

trường bên ngoài.

2-6 Pha tap chat vao ban dan

Tăng độ dẫn điện của bán dẫn bằng pha tạp chat (doping) vao ban dan thuan

Bán dẫn có pha tạp chất được gọi là bán dân ngoại lai (hay bán dân có pha tạp

chât)

Pha tạp chất donor (có 5 điện tử hóa trị)

đề tăng điện tử tự do (n > p): bán dẫn N Pha tap chat acceptor (có 3 điện tử hóa trị) để tăng lỗ (n< p): bán dẫn P

2-7 Hai loại bán dân ngoại lai

Hạt dẫn đa sô và hạt dẫn thiêu số

2-8 Diode chưa phan cực

The PN Junction

Metallurgical Junction

The PN Junction

Metallurgical

When no external source

is connected to the pn junction, diffusion and drift balance each other

h+ drift #@ h+ diffusion e- diffusion *®_ e- drift

Also called the depletion region This region includes the net positively and negatively charged regions The space charge region

does not have any free carriers The width of the space charge region is

denoted by W in pn junction formula’s

The interface where the p- and n-type materials meet

Represent the amount of negative and positive doping in number of carriers per centimeter cubed Usually in the range of 101 to 109

2-9 Phân cực thuận

2-10 Phân cực ngược

The Biased PN Junction

Applied

Electric Field

The pn junction is considered biased when an external voltage is applied

There are two types of biasing: Forward bias and Reverse bias

These are described on then next slide

The Biased PN Junction

In forward bias the depletion region shrinks slightly in width With this shrinking the energy required for

charge carriers to cross the depletion region decreases exponentially Therefore, as the applied voltage

increases, current starts to flow across the junction

The barrier potential of the diode is the voltage at which appreciable current starts to flow through the diode

The barrier potential varies for different materials

Under reverse bias the depletion region widens This causes the electric field produced by the ions to cancel out the applied reverse bias voltage A small leakage current, Is (saturation current) flows under reverse bias conditions This saturation current is made up of

electron-hole pairs being produced in the depletion region Saturation current is sometimes referred to as scale current because of it’s relationship to junction temperature

2-11 Đánh thủng

‹ Khi ta phân cực ngược diode, nêu tăng áp

ngược đên giới hạn nào đó thì xảy ra

đánh thủng (dòng qua diode tăng đột ngột)

¢ Có 3 loại đánh thủng:

— Do nhiệt (ít gặp ở nhiệt độ thường)

— Thác lũ (avalanche): do ion hóa va chạm

— Đường hâm(tunnel) hay Zener

2-12 Các mức năng lượng

Cân thêm năng lượng đề đưa điện tử vào

quỹ đạo cao hơn

Điện tử càng xa hạt nhân hơn càng có thê

năng cao hơn

Khi điện tử rơi xuỗng quỹ đạo thập hơn,

nó mật năng lượng thành dạng nhiệt, ảnh sáng hay bức xạ khác

TD: trong LED thê năng được chuyền

thành ảnh sáng

2-13 Đôi năng lượng

° Dãy năng lượng sau khi hình thành miên

Đề điện tử khuếch tán qua tiếp xúc, đường đi của nó

giông qua 1 đôi (năng lượng) Nó phải nhận thêm năng

lượng từ bên ngoài.

2-14 Rào thê và nhiệt độ

Tiếp xúc PN vào điêu kiện cân bằng khi

rào thê ngăn không cho khuêch tán nữa

Ở 25°C, rào thê cua tiép xuc PN loai Si la

2-15 DIode phân cực ngược

¢ Dong qua do

°Ò Dòng bão hòa ngược le hay lo, dòng này tăng khi nhiệt độ tăng

° Dòng rò bê mặt