BÀI 23 DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN BÀI 23 DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN 1 Tính chất điện của 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 1 Tính chất điện của bán dẫn Bán dẫn điển hình Si, Ge, Se, CdS Điện trở suất có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Nhiệt độ thấp bán dẫn dẫn điện kém (giống điện môi); nhiệt độ cao bán dẫn dẫn điện tốt (giống kim loại) Tính dẫ[.]
Trang 1BÀI 23: DÒNG ĐIỆN TRONG
CHẤT BÁN DẪN
1.Tính chất điện của 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
Trang 21.Tính chất điện của bán dẫn
• Bán dẫn điển hình: Si, Ge, Se, CdS
• Điện trở suất có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi
• Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ: Nhiệt độ thấp bán dẫn dẫn điện kém
(giống điện môi); nhiệt độ cao bán dẫn dẫn điện tốt
(giống kim loại)
• Tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc mạnh vào các tạp chất có mặt trong mạng tinh thể
Trang 32.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
• Ta nghiên cứu bán dẫn điển hình: Bán dẫn Silic.
• Ở nhiệt độ thấp, các electron hoá trị liên kết chặt chẽ với các nguyên
tử Si ở nút mạng Do đó, trong tinh thể không có hạt tải điện tự do, bán dẫn silic không dẫn điện.
Trang 42.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
• Ở nhiệt độ tương đối cao,
các nguyên tử dao động
mạnh, một số mối liên kết bị
phá vỡ, giải phóng các
electron tự do
• Mặt khác, khi electron bị bứt
khỏi liên kết, một liên kết bị
trống xuất hiện, được gọi là
lỗ trống Lỗ trống này mang
điện tích dương, vì thiếu e
• Các lỗ trống cũng di chuyển
được, tham gia vào quá trình
dẫn điện của bán dẫn
Trang 52.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
• Khi chưa có điện trường, các e tự do và lỗ trống di chuyển hỗn loạn, không có dòng điện
• Khi có điện trường đặt vào, electron di chuyển ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường, gây nên dòng điện trong bán dẫn
Vậy: Bản chất dòng điện trong bán dẫn là dòng
chuyển dời có hướng của các e và lỗ trống.
Trang 62.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Nhận xét: trong bán dẫn tinh khiết
- Số electron và số lỗ trống bằng nhau
- Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng
Trang 73.Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
a Bán dẫn loại n:
•Ví dụ: Chủ động pha một lượng
nhỏ tạp chất có hóa trị 5 (VD: As)
vào bán dẫn tinh khiết Si
•Nguyên tử As tham gia vào mạng
tinh thể Si, bỏ ra 4 e hóa trị tham
gia vào mối liên kết với 4 nguyên
tử Si cạnh nó, thừa ra 1 e hóa trị
liên kết yếu với hạt nhân và dễ
dàng bứt ra thành e tự do
Trang 8• Như vậy bán dẫn loại này số e tự do nhiều hơn rất nhiều
so với số lỗ trống, gọi là bán dẫn loại n
• Trong bán dẫn loại n, e là hạt dẫn điện đa số (hạt dẫn
điện cơ bản), lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số (hạt
dẫn điện không cơ bản).
Trang 9• Ví dụ: Chủ động pha một lượng nhỏ tạp chất hóa trị 3 (Ví dụ B) vào bán dẫn tinh khiết Si
• Trong mối liên kết với mạng tinh thể Si, B bị thiếu 1 e hóa trị, tạo
ra một lỗ trống
• Trong mạng tinh thể khi này, số lỗ trống nhiều hơn rất nhiều số e tự
do, gọi là bán dẫn loại p
• Trong bán dẫn loại p, lỗ trống
là hạt tải điện đa số, electron là hạt tải điện thiểu số.
b Bán dẫn loại p:
Trang 104 Lớp chuyển tiếp p-n:
a Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n:
•Xét một mẫu bán dẫn gồm hai bán dẫn tiếp xúc nhau ở 1 đầu (1 lớp chuyển tiếp)
•Các electron chủ yếu khuếch tán từ n sang p và lỗ trống chủ yếu khuếch tán từ p sang n Dẫn tới n tích điện dương,
p tích điện âm, hình thành một điện trường Et hướng từ n sang p ngăn cản sự khuếch tán tiếp theo của các hạt tải
điện đa số
-> Tạo ra lớp chuyển tiếp p-n có điện trở lớn
Trang 11Cho một mẫu bán dẫn có 1 lớp
chuyển tiếp p-n mắc với một
nguồn điện
Mắc thuận (p có điện thế cao
hơn n):
b Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n:
Et
En
Ithuận
Điện trường tổng hợp E = En – Et hướng từ p sang n thúc đẩy sự chuyển dời của các hạt tải điện đa số qua lớp chuyển tiếp, tạo ra dòng điện có cường độ lớn chạy qua lớp chuyển tiếp gọi là dòng điện thuận Ithuận
Trang 12 Mắc ngược (p có điện
thế thấp hơn n):
• En cùng chiều với Et ngăn
cản dòng chuyển dời các
hạt tải điện đa số, cho
các hạt tải điện thiểu số
chạy qua lớp chuyển tiếp
tạo thành một dòng điện
có cường độ nhỏ gọi là
dòng điện ngược Ingược
Ingược
Kết luận:
•Lớp chuyển tiếp p – n dẫn điện tốt theo 1 chiều từ p
sang n khi p có điện thế cao hơn n
•Lớp chuyển tiếp có tính chỉnh lưu.
Trang 13 Đặc tuyến vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p - n
I
U
I ngược nhỏ, hầu như không đổi khi U thay đổi
I thuận lớn, tăng nhanh khi U tăng.
0
