bai giang hot 11

Câu hỏi 1: Vì sao điện trở suất của kim loại và bán dẫn lại phụ thuộc khác nhau vào nhiệt độ ?... Ở nhiệt độ cao, va chạm giữa electron với ion dương tăng dần.⇒ Điện trở suất tăng dần C

Chương III

BÀI 23

VẤN ĐỀ ĐẶT RA

 Chất bán dẫn là gì?

 Chất bán dẫn có những tính chất đặc biệt gì?

 Phân loại chất bán dẫn

 Lớp chuyển tiếp p – n

 Câu hỏi và bài tập

I Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn ( Semiconductor)

là vật liệu trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện Chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện ở nhiệt

độ thấp và hoạt động như một chất dẫn điện ở nhiệt độ cao.

Điện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa điện môi và kim loại

II Tính chất của chất bán dẫn

2 Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện kém, còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt

thuộc khác nhau vào nhiệt độ.

Câu hỏi 1:

Vì sao điện trở suất của kim loại và bán dẫn lại phụ thuộc khác nhau vào nhiệt

độ ?

Ở nhiệt độ cao, va chạm giữa electron với ion dương tăng dần.

⇒ Điện trở suất tăng dần

Chất bán dẫn ở nhiệt độ thường không có các hạt tải điện tự do, chúng hầu như không dẫn điện Khi nhiệt độ tăng cao, chất bán dẫn hình thành 2 loại hạt tải điện tự do

Do đó, số hạt tải điện tự do tăng đột ngột.

⇒ Điện trở suất của chúng

III Phân loại chất bán dẫn

1 Chất bán dẫn tinh khiết hay còn được gọi là bán

dẫn đơn chất

Các bán dẫn tinh khiết thường gặp như : Si, Ge,

…

2 Chất bán dẫn có tạp chất Bán dẫn có tạp chất thường gặp là: GaAs, CdTe,

ZnS,…, nhiều oxit, sunfua, selenua, telurua,…

và một số chất polime

III Phân loại chất bán dẫn

1 Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:

Ta xét trường hợp bán dẫn điển hình là Si Nếu mạng tinh thể chỉ có một loại nguyên

tử Si, thì ta gọi đó là bán dẫn tinh khiết.

Mô hình mạng tinh thể Silic

Ở nhiệt độ thấp, các electron hóa trị gắn bó chặt chẽ với các

nguyên tử ở nút mạng

⇒Không có các eletron tự do

Si Si Si

Si Si Si

Si Si Si

Khi nhiệt độ tăng cao

Si Si

Si

Ở nhiệt độ cao luôn có sự phát sinh các cặp

electron-lỗ trống.

Số eletron và số

lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết bằng nhau.

Khi có điện trường đặt vào chất

bán dẫn

Si Si

Si

E

Các eletron chuyển động ngược chiều điện trường, các lỗ

trống chuyển động cùng chiều điện trường

=> Gây nên dòng điện trong chất bán dẫn.

Một đoạn phim 3D về sự chuyển

động của các electrons trong

mạng tinh thể silic

Click here

NHẬN XÉT

 Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng dịch chuyển có hướng của các eletron

và lỗ trống.

 Bán dẫn tinh khiết gọi là bán dẫn loại

i, ở bán dẫn tinh khiết số electron bằng số lỗ trống.

 Độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng và độ dẫn điện giảm khi nhiệt độ giảm.

 Điện trở suất của chất bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

III Phân loại chất bán dẫn

2 Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:

 Nếu bán dẫn Silic có pha tạp chất, tức

là ngoài các nguyên tử Silic còn có các nguyên tử của nguyên tố khác, thì tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều.

 Bán dẫn có tạp chất được chia làm 2 loại:

_ Bán dẫn loại n.

_ Bán dẫn loại p

a) Bán dẫn loại n

Giả sử trong mạng tinh thể có lẫn một nguyên

tử Photpho (P)

P Si

Electorn dư trong nguyên tử Photpho liên kết yếu với nguyên

tử Photpho.

Mô hình mạng tinh thể bán dẫn

có tạp chất

Si Si

Si

Si

Si Si

P

Electron

dư thừa

dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử

Nhận xét

 Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm các electron tự

do mà không làm tăng 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

Mô hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất B

Một electron ở liên kết gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết trống này và tạo thành một lỗ

Nhận xét:

 Như vậy, tạp chất Bo pha vào bán dẫn Sillic 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 hạt tải điện đa số), electron là hạt tải điện không cơ bản (hay hạt tải điện thiểu số).

 Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại p.

Một đoạn video mô tả bán dẫn

loại p và bán dẫn loại n

Click here

Mời các bạn xem một vài đoạn phim về chuyển động của các electrons trong chất bán dẫn:

 Nếu pha hai loại tạp chất, chẳng hạn như cả Photpho và Bo vào bán dẫn Sillic thì bán dẫn này có thể là bán dẫn loại p hoặc bán dẫn loại

n, tùy theo tỉ lệ giữa hai loại tạp chất.

 Như vậy, bằng cách chọn tạp chất và nồng

độ tạp chất pha vào bán dẫn, người ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mình mong muốn Đây chính là tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng dụng.

IV Lớp chuyển tiếp p-n:

a) Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n:

+ + + + + + + +

_ _ _ _ _ _ _ _

Chỗ tiếp xúc 2 loại bán dẫn đã hình thành lớp chuyển tiếp p-n Lớp này còn được gọi là lớp nghèo hạt tải điện, gọi tắt là lớp

nghèo.

E

a) Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n:

Khi đặt một bán dẫn loại n và một bán dẫn loại p tiếp xuc nhau thì nơi tiếp xúc sẽ có

hiện tượng khuếch tán các hạt mang điện qua lại nhưng chủ yếu là hạt mang điện cơ bản: các electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và các lỗ trống từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n; kết quả làm xuất hiện một lớp phân cách gọi là

phân cách gọi là lớp tiếp xúc p-n lớp tiếp xúc p-n ( có bề dày

rất nhỏ cỡ mm), điện trường ở lớp tiếp xúc có tác dụng ngăn cản sự khuếch tán các hạt mang điện cơ bản nhưng lại giúp sức cho sự chuyển động của các hạt mang điện không cơ bản; dòng điện đi qua lớp tiếp xúc rất nhỏ, không đáng kể Khi đạt một giá trị nào đó thì sự khuếch tán ngừng lại.

→

TH1: Cường độ điện trường hướng từ p sang

n (Upn > 0):

Có sự dịch chuyển các hạt mang điện

cơ bản, kết quả là xuất hiện một dòng điện đáng kể qua khối bán dẫn từ p sang n, gọi

là

gọi là

gọi là hiệu điện thế thuận hiệu điện thế thuận .

b)Dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp n:

p-b)Dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p-n:

TH2: cường độ điện trường hướng từ n sang p (Upn < 0):

Ngăn cản sự dịch chuyển các hạt mang điện cơ bản, cùng với , khuyến khích

sự di chuyển của các hạt mang điện không cơ bản; kết quả là xuất hiện một dòng điện rất nhỏ, không đáng kể qua khối bán dẫn từ n sang p; gọi là

điện ngược , hiệu điện thế đặt vào gọi là

hiệu điện thế ngược

o E

→

Đặc tuyến Volt-Ampere của lớp

chuyển tiếp p-n

I

U

Một clip mô tả dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp P – N

_ Nhiệt điện trở bán dẫn (rêdisto) _ Quang điện trở bán dẫn (phôtôrêdistô) _ Vi mạch điện tử

a) Điốt bán dẫn

 Là dụng cụ bán dẫn cĩ lớp tiếp xúc p-n nên cĩ tính chất dẫn điện chủ yếu theo một chiều

 Dùng để chỉnh lưu dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều, dùng trong mạch tách

điốt bán dẫn Chỉnh lưu nửa chu kỳ

∼

Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Một đoạn clip giới thiệu về

diot bán dẫn Click here

b) Trandito bán dẫn

• Có hai loại Trandito

 Loại p-n-p: phần giữa là bán dẫn loại

n, hai bên là bán dẫn loại p.

 Loại n-p-n: phần giữa là bán dẫn loại

p, hai bên là bán dẫn loại n.

• Các cực của Trandito:

 Phần giữa gọi là cực gốc hay cực bazơ, ký hiệu B, có bề dày rất nhỏ (cỡ vài µ m) và có điện trở suất lớn.

 Một phần là cực phát hay êmetơ, kí hiệu E.

 Phần còn lại là cực góp hay côlectơ,

kí hiệu C.

ba phần có tính dẫn điện khác nhau nên có hai lớp tiếp xúc p- n.

Trandito loại NPN

Trandito loại PNP

Hoạt động:

B và C sao cho hiệu điện thế ở lớp tiếp xúc E-B là thuận và hiệu điện thế ở lớp tiếp xúc B-C là ngược

Ví dụ xét trường hợp Trandito n-p-n:

 Dưới tác dụng của E1 electron chuyển từ E sang B, lỗ

nhưng do mật độ electron ở E lớn hơn rất nhiều so với mật độ lỗ ở B, mặt khác bề dày của B rất nhỏ nên

electron từ E sẽ nhanh chóng khuếch tán đến lớp tiếp xúc B-C.

xúc) khuyến khích những electron này chạy sang C

 Chỉ một số rất ít electron không đi

qua lớp tiếp xúc B-C mà kết hợp với

lỗ trống ở B tạo nên dòng badơ IB Vậy: IE = IC + IB , với IB << IC

 Số electron từ E chạy sang B càng

nhiều (tức IE càng lớn) thì dòng IC

càng lớn Do đó dòng IE có tác dụng điều khiển dòng IC và IC ≈ IE (dòng

IB rất nhỏ có thể bỏ qua).

 Nếu hiệu điện thế đặt vào lớp tiếp xúc E-B thay đổi thì IE và do đó IC sẽ thay đổi.

 Nếu trong mạch côlectơ có mắc điện trở R khá lớn thì hiệu điện thế hai đầu điện trở này là UR = IC.R lớn hơn hiệu điện thế UE-B đặt vào E-B nhiều lần Kết quả là sự biến thiên của hiệu điện thế UE-B được khuếch đại trong mạch Trandito.

 Ứng dụng: dung trong các mạch khuếch đại dao động, trong các máy phát dao động, biến điện,……

Một số loại trandito thường dùng

hiện nay

Video clip về cơ chế hoạt động

của Trandito

Click here

Là dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc mạnh của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ.

 Được chế tạo từ các chất bán dẫn khác nhau như Ge, Si, Se, một số oxit kim loại,…

 Dùng trong các thiết bị đo nhiệt độ, khống chế nhiệt độ từ xa, thiết bị báo cháy.

c)Nhiệt điện trở bán dẫn: (rêdisto )

Hệ thống báo cháy có sử dụng

redisto

d) Quang điện trở bán dẫn:

 Là dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc của điện trở một số bán dẫn vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó: nhờ năng lượng ánh sáng một số liên kết trong tính thể bị phá vỡ tạo ra các hạt mang điện tự do nên độ dẫn điện của bán dẫn tăng lên (hiện tượng

quang điện bên trong).

 Được chế tạo từ Ge, Si, Se và một số bán dẫn hợp chất như CdS, PbS,…

 Dùng trong các thiết bị kiểm tra và điều khiển tự động.

e) Vi mạch điện tử:

Là những vi mạch có kích thước rất

nhỏ nhưng chứa hàng trăm, hàng nghìn chi tiết khác nhau ( điốt, tradito, điện trở,…) thay thế cho

các mạch điện tử cồng kềnh.

Ảnh minh họa

f) Ưu điểm của các dụng cụ bán dẫn :

 Kích thước nhỏ

 Tiết kiệm được năng lượng

 Chỉ cần nguồn hiệu điện thế thấp

 Bền vững về mặt cơ học

 Thời gian sử dụng được dài

 …

Video clip nói về việc làm 1 chip

bán dẫn tại Hoa Kì

Here

D. Các hạt tải điện trong bán dẫn luôn chuyển

động ngược chiều với điện trường

Chọn câu đúng trong các câu sau:

A. Trong chất bán dẫn, mật độ electron luôn

D. Bán dẫn có điện trở suất cao hơn kim loại,

vì trong bán dẫn có 2 loại hạt tải điện trái dấu.

Chất bán dẫn

Nhi ệ t độ T 1

Nhi ệ t độ T 2 > T 1

- Điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ tăng ?

- Hãy nhận xét khi Nhi ệ t độ T 2 > T 1 thì dòng điện qua bán dẫn tăng hay giảm ?

- So sánh với điện trở suất của kim loại ?

Thực hiện bởi:

LÊ BẢO LONG NGUYỄN TÙNG ANH ĐINH HOÀNG PHÚC

Học sinh lớp 11 Chuyên Lý

Năm học 2009-2010

Thực hiện bởi:

LÊ BẢO LONG NGUYỄN TÙNG ANH ĐINH HOÀNG PHÚC

Học sinh lớp 11 Chuyên Lý

Năm học 2009-2010