bài giảng dự thi tích hợp liên môn trình chiếu dòng điện trong chất bán dẫn

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.. Cấu tạo của chất bán dẫn -Phân loại bán d

Trang 1

TRƯỜNG THPT THƯỢNG CÁT

Bài 17:

DÒNG ĐiỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

GV: Bạch Tấn TrườngMôn : Vật lý

Trang 2

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

Trang 3

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

Trang 4

• 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.

Trang 6

Một số loại trandito thường dùng

hiện nay

Trang 8

Transistor Transistor

Trang 10

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

Trang 11

Bài 17 DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

I Cấu tạo của chất bán dẫn – Phân loại bán dẫn

a Tính chất khác biệt so với kim loại

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

Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi chi ếu sáng,

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

Trang 12

b Cấu tạo của chất bán dẫn tinh khiết

Khảo sát đối với bán dẫn silic

Si

Xét tinh thể Silic đơn nguyên tử

Trang 15

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.

Trang 16

- 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

Si Si

Electron tự do

Lỗ trống

Trang 17

- Nhiệt độ tương đối cao:

+ Các nguyên tử dao động nhiệt mạnh, sinh ra

Trang 18

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.

Trang 19

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

Si Si

Si P

2 Phân loại bán dẫn tạp chất

Trang 22

a Bán dẫn loại n:

* Nhận xét:

- Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm các electron tự do, mà khơng làm tăng thêm số lỗ trống.

- Ta gọi electron là hạt tải điện cơ bản hay đa số, lỗ trống

là hạt tải điện khơng cơ bản hay thiểu số.

-Tạp chất tạo êlectron cho bán dẫn gọi là tạp chất cho (hay

đôno ) Bán dẫn có tạp chất cho gọi là bán dẫn chứa đôno hay loại n

Trang 24

Mô hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp

chất B:

Si Si

Trang 25

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 khơng cơ bản hay thiểu số.

-Tạp chất tạo lỗ trống cho bán dẫn gọi là tạp chất nhận (hay

axepto ) Bán dẫn có tạp chất nhận gọi là bán dẫn chứa axepto hay loại p.

* Chú ý:

- Nếu pha 2 loại tạp chất, chẳng hạn cả P và B, vào bán dẫn

Silic, thì bán dẫn này cĩ 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 cĩ thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn Đây chính là tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nĩ cĩ nhiều ứng dụng.

Trang 26

1 Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n

Trang 27

- 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.

Trang 28

2 Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n

Trang 29

- 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.

Trang 30

Trang 31

- 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

Trang 32

- Lớp chuy n tiếp p-n chỉ dẫn điện theo một chiều từ ể

p sang n

 Kết luận

II Bản chất dịng điện trong chất bán dẫn

Trang 33

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 O U

I

Trang 34

II Bản chất dịng điện trong chất bán dẫn

IV Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn thường gặp

1 Điơt bán dẫn

Là các dụng cụ bán dẫn hai cực, trong đĩ cĩ một lớp chuyển tiếp p-n.

chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p - n.

Ký hiệu :

Trang 35

Video 1

video 2

Trang 36

- Cực góp hay colectơ; kí hiệu C

- Cực đáy hay cực gốc, hoặc Bazơ; kí hiệu B

- Cực phát hay emitơ; kí hiệu E

Trang 38

Hoạt động:

Mắc nguồn E 1 vào 2 cực E và B và nguồn E 2 vào 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 Thông thường E 2 lớn hơn E 1 từ 5 đến 10 lần.

Ví dụ xét trường hợp Trandito n-p-n:

Trang 39

• Dưới tác dụng của E 1 electron chuyển từ E sang B, lỗ trống chuyển từ

B sang E tạo thành dòng êmetơ I E , 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.

• Dưới tác dụng của E 2 (và điện trường tại điểm tiếp xúc) khuyến khích những electron này chạy sang C tạo thành dòng côlectơ I C

Trang 40

Nếu hiệu điện thế

giữa E và B biến thiên

một lượng ∆ UEB ⇒ IB

và IE biến thiên ⇒ IC

cũng biến thiên theo

Trang 41

• Chỉ một số rất ít electron không đi qua lớp tiếp

xúc B-C mà kết hợp với lỗ trống ở B tạo nên

Trang 42

 Nếu hiệu điện thế đặt vào lớp tiếp xúc E-B thay

 Nếu trong mạch côlectơ có mắc điện trở R khá

nhiều lần Kết quả là sự biến thiên của hiệu

Trandito.

 Ứng dụng: dung trong các mạch khuếch đại

dao động, trong các máy phát dao động, biến điện,……

Trang 43

MỘT SỐ DỤNG CỤ BÁN DẪN

Trang 44

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.

Trang 45

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.

Trang 46

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?

5.10 6 lần 6.10 5 lần

5,3.10 5 lần 6,7.10 6 lần

a)

b)

c) d)

ĐÁP ÁN:

Trang 47

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?

Trang 48

HEÁT

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	3,02 MB