Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các...

Trường THPT Kim Động – lớp 11A0

Phần thuyết trình nhóm 3

• Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n

• Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n

• Đặc tuyến Vôn-Ampe của lớp chuyển tiếp p-n

Lớp chuyển tiếp p-n:

a/ Sự hình thành lớp chuyển tiếp

p-n

n p

•Chỗ tiếp xúc giữa 2 loại bán dẫn đã hình thành lớp

Sự khuyếch tán các hạt tải điện khi hình thành lớp chuyển tiếp p-n?

Electron

Lỗ trống

b/

b/ Dòng điện qua lớp chuyển tiếp

p-n

 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn p, cực

âm nối với bán dẫn n.

( - )

E

Ith

 E ngoài h ướng ng t ừ p sang n : En>>Et tác d ng c a Et không ụng của Et không ủa Et không

đáng k Các l tr ng chuy n đ ng theo chi u En (p ể Các lỗ trống chuyển động theo chiều En (p ỗ trống chuyển động theo chiều En (p ống chuyển động theo chiều En (p ể Các lỗ trống chuyển động theo chiều En (p ộng theo chiều En (p ều En (p n) các e chuy n đ ng ng ể Các lỗ trống chuyển động theo chiều En (p ộng theo chiều En (p ược chiều En (từ n c chi u En (t n ều En (p ừ p)

 Qua l p ti p xúc có ớng ếp xúc có I t p sang n ừ là dòng đi n thu n, U đ t ện thuận, U đặt ận, U đặt ặt vào là hi u đi n th ện thuận, U đặt ện thuận, U đặt ếp xúc có thu n ận, U đặt

 Do tác dụng của E ngoài hướng từ n sang p cùng h ướng ng Et :chuy n ể Các lỗ trống chuyển động theo chiều En (p

dời của các hạt tải điện đa số bị ngăn cản, qua lớp chuyển tiếp chỉ có

dòng các hạt tải điện thiểu số

 Qua lớp tiếp xúc có I từ n sang p là dòng điện ngược, U

đặt vào là hiệu điện thế ngược

c/

c/ Đặc tuyến Vôn-Ampe của

lớp chuyển tiếp p-n

• Dòng điện thuận có cường độ

lớn và tăng nhanh theo hiệu

điện thế thuận vì vậy mà phần

đồ thị nằm phía trên trục

hoành là một đường cong đi

lên.

• Dòng điện ngược rất nhỏ và ít

phụ thuộc vào hiệu điện thế vì

vậy mà phần đồ thị phía dưới

trục hoanh có thể xem là một

đường thẳng nằm ngang.

=> Vì vậy cho nên đặc tuyến

vôn-ampe của lớp chuyển tiếp

p-n là một đường cong như

trên hình vẽ đó

U

Khảo sát sự biến thiên của cường độ dòng điện theo hiệu điện thế, ta có thể thu được đường đặc tuyến vôn ampe của lớp chuyển tiếp p-n như hình bên

Tính chất của lớp chuyển tiếp p-n được ứng dụng trong nhiều dụng cụ bán dẫn như điôt, tranzito

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

Tranzito được sử dụng ngày càng rộng rãi trong kĩ thuật hiện đại: trong các mạch khuếch đại, tạo ra dao động điện và khóa điện tử.

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 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.

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

2 Tranzito lưỡng cực n-p-n

 Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa 2 miền n1 và n2 đã mô tả ở trên gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n

• Tranzito có 3 cực:

- Cực góp hay colectơ, kí hiệu là C

- Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazơ, kí hiệu là B

- Cực phát hay êmitơ, kí hiệu là E

- Cực phát hay êmitơ, kí hiệu là E

a Khi miền p rất dày, n1và n2 cách xa nhau

Lớp p-n2 phân cực thuận, e phun từ n2 sang p,

không tới được lớp n1-p; không ảnh hưởng tới RCB

Lớp n1- p phân cực ngược, RCB lớn

b Khi miền p rất mỏng, n1và n2 rất gần nhau

Electron từ n2 phun vào p và lan

sang n1 làm cho RCB giảm đáng kể

Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang

hiệu ứng tranzito

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:

• 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

• 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,……

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 sĩng.

n p

- + I I

catốt anốt Ký hiệu 

điốt bán dẫn Chỉnh lưu nửa chu kỳ



Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Điôt phát quang:

Nếu điôt được chế tạo từ những vật liệu bán dẫn thích hợp, thì khi dòng điện thuận chạy qua điôt, ở lớp chuyển tiếp p-n có ánh sáng phát ra Đó là điôt phát quang (LED – Light Emiting Diode).

Laze bán dẫn cũng hoạt động trên cơ

sở sự phát quang ở lớp chuyển tiếp p-n.

Một đoạn clip giới thiệu về

diot bán dẫn

Click here

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.

nhau như Ge, Si, Se, một số oxit kim loại,

…

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:

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).

chất như CdS, PbS,…

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 :