Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Những nội dung chính về vật liệu bán dẫn: Khái niệm vật liệu bán dẫn  Cấu trúc vùng năng lượng  Các loại bán dẫn  Lớp chuyển tiếp P-N  Ứng dụng của vật liệu bán dẫn... Cấu trúc vùn

Trang 1

Vật liệu bán dẫn

GVHD: Chu Việt Hà SVTH: Quách Thị May Lớp: Lý BK45

Trang 2

Những nội dung chính về vật liệu bán dẫn:

 Khái niệm vật liệu bán dẫn

 Cấu trúc vùng năng lượng

 Các loại bán dẫn

 Lớp chuyển tiếp P-N

 Ứng dụng của vật liệu bán dẫn

Trang 3

I Khái niệm vật liệu bán dẫn

Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất

dẫn điện và cách điện Chất bán dẫn hoạt

động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp

và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng

2010

Trang 4

II Cấu trúc vùng năng lượng

 Vùng hóa trị: có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng, vùng này điện tử liên kết mạnh với

nguyên tử

 Vùng dẫn: có mức năng lượng cao nhất, chất sẽ

có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên

vùng này

 Vùng cấm: vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng

dẫn, vùng này điện tử không tồn tại

 Tính dẫn điện của chất bán dẫn có thể lý giải nhờ

lý thuyết vùng năng lượng:

 Các chất bán dẫn có vùng cấm có một độ rộng

xác định Ở 0 K, chất bán dẫn không dẫn điện ⁰K, chất bán dẫn không dẫn điện

Khi tăng nhiệt độ, các điện tử sẽ nhận được năng lượng nhiệt, khi năng lượng mà các điện tử nhận được thắng được năng lượng vùng cấm thì điện

tử sẽ nhảy lên vùng dẫn và bán dẫn trở thành chất dẫn điện Khi nhiệt độ tăng, mật độ điện tử trên

vùng dẫn sẽ tăng theo Sự phụ thuộc của điện

trở chất bán dẫn vào nhiệt độ:

với: R là hằng số, E là độ rộng vùng cấm

)2

exp(

0

T k

E R

Trang 5

II Cấu trúc vùng năng lượng

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn

Trang 7

III Các loại bán dẫn

Ở nhiệt độ cao, nhiệt

năng làm gãy một số

nối hóa trị Các điện tử

ở các nối bị gãy rời xa

nhau và di chuyển

trong mạng tinh thể

dưới tác dụng của điện

trường Khi năng

lượng này lớn hơn

năng lượng của dải

cấm, điện tử có thể

vượt dải cấm vào dải

dẫn điện và chừa lại

những lỗ trống=>

Chúng là chất dẫn điện

Trang 10

P Si

Khi pha thêm vào Si 1 chất có hóa trị V như P

Electron dư trong nguyên tử P liên kết yếu với nguyên

tử P dễ dàng tách

ra khỏi nguyên tử Chất bán dẫn lúc này thừa điện tử

và được gọi là bán dẫn loại N

2, Bán dẫn tạp chất

a, Bán dẫn loại N

Trang 11

tử và được gọi là bán dẫn loại P

Khi pha thêm vào Si 1 chất có hóa trị III như As

Trang 12

* Đối với bán dẫn loại N

- Tạp chất P pha vào bán dẫn Si đã tạo thêm e tự

do mà không làm tăng số lỗ trống

- E là hạt tải điện cơ bản, lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản

* Đối với bán dẫn loại P

- Tạp chất As pha vào bán dẫn Si đã tạo thêm lỗ trống, làm cho số lỗ trống nhiều hơn số e dẫn

- Lỗ trống là hạt tải điện cơ bản e là hạt tải điện không cơ bản

Nhận xét

 Nếu pha hai loại tạp chất, chẳng hạn như cả

P và As vào bán dẫn Si 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

Trang 13

IV, Lớp chuyển tiếp P-N

1, Sự hình thành lớp chuyển tiếp P-N

+ + + + +

- - -

-E

Chỗ tiếp xúc 2 loại bán dẫn đã hình thành lớp chuyển tiếp P-N

Lớp này còn được gọi là vùng nghèo hạt tải

điện, gọi tắt là vùng nghèo

Trang 14

2, Dòng điện qua lớp chuyển tiếp P-N

I

Điện tử ở miền N cđ dễ dàng hơn về phía P, lỗ trống ở miền P cđ dễ hơn về phía N Ngăn cản các hạt dẫn thiểu

số là điện tử ở P, lỗ trống ở N khó dịch chuyển hơn Dòng điện trong trường hợp này là dòng điện thuận

Trang 15

2, Dòng điện qua lớp chuyển tiếp P-N

số thúc đẩy chuyển động của các hạt thiểu số gây

ra dòng điện rất nhỏ từ N sang P gọi là dòng điện ngược Tăng E lên mức nào đó quá lớn miền

chuyển tiếp bị phá vỡ =>

Như vậy, Lớp chuyển tiếp P – N dẫn điện

tốt theo một chiều từ P sang N Lớp

chuyển tiếp P –N có tính chỉnh lưu

Trang 16

3 Đặc tuyến Vôn-ampe của lớp chuyển tiếp P-N:

mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp

Trang 17

- Hiện tượng đánh thủng là hiện tượng khi điện

áp ngược lớn, dòng lớn làm các e va chạm vào các e cố định khác nên dòng điện tăng vọt,

nghĩa là tiếp xúc P-N dẫn điện được theo cả 2 chiều, phá vỡ đặc tính chỉnh lưu của nó

- Nguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc

do nhiệt, do đó có 3 loại đánh thủng: đánh

thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, đánh thủng

về điện- nhiệt

4, Hiện tượng đánh thủng

Trang 18

V, Ứng dụng của vật liệu bán dẫn

_ Điốt bán dẫn

_ Trandito hay còn gọi là triot bán dẫn.

_ Nhiệt điện trở bán dẫn (rêdisto)

_ Quang điện trở bán dẫn (phôtôrêdistô)

_ Vi mạch điện tử

1, Làm các dụng cụ bán dẫn, chúng có ưu điểm: 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, …

Trang 19

a, Điốt bán dẫn

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

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

sóng

Trang 20

2, Trandito bán dẫn

• Là dụng cụ bán dẫn cấu tạo từ ba phần có tính dẫn điện khác nhau nên có hai lớp tiếp xúc p-n.

• Có hai loại Trandito

• Loại p-n-p: phần giữa là bán dẫn loại n, hai bên

Trang 21

Một số loại trandito thường dùng hiện nay

Trang 22

c, Nhiệt điện trở bán dẫn

 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

Trang 23

Một số hệ thống báo cháy có sử dụng nhiệt điện trở

Trang 24

d , Quang điện trở bán dẫn

 Là dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc của điện trở bán dẫn vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó (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

Trang 25

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

Trang 26

Trang 27

Tổng kết

Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất

dẫn điện và cách điện Chất bán dẫn hoạt

động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp

và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng Ta có thể tạo ra bán dẫn mình mong muốn bằng

cách chọn tạp chất và nồng độ tạp chất tùy ý Vật liệu bán dẫn có ứng dụng rất lớn trong

việc chế tạo ra các dụng cụ bán dẫn và các linh kiện điện tử

Trang 28

Thực hiện:

Quách Thị May Lớp LýBK45 Học phần: Khoa học vật liệu

Năm học 2013-2014

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	2,08 MB