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...

DÒNG ĐIỆN

TRONG CHẤT BÁN DẪN

Chất bán dẫn là gì?

 Chất bán dẫn (Semiconductor) là chất có độ

dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn

điện và chất 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

 Gọi là "bán dẫn" vì chất này có thể dẫn điện ở

một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện

khác sẽ không dẫn điện

Trantizo

Đi-ôt

HẠT TẢI ĐIỆN CƠ BẢN Hạt electron

Lỗ trống

Ở bán dẫn tinh khiết, số electron

và số lỗ trống bằng nhau.

ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ DÒNG ĐIỆN

● Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn: là dòng chuyển dời có hướng của các electron và lỗ trống

● Khi không có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn: các e và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạn

● Khi có điện trường ngoại đặt vào tinh thể bán dẫn : Các e chuyển động ngược chiều điện trường , còn lỗ trống chuyển động theo chiều điện trường

Trong bán dẫn không có điện

Trong bán dẫn có điện

ĐIỂ

M

RIÊN

G C

ỦA C

HẤT

BÁN

D ẪN

1015 1020

105 1010

100

10-10 10-5

( ) m

ρ Ω

Điện môi

Bán dẫn

Kim loại

● Điện trở suất p của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại

và điện môi

● Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi chiếu sáng,

nhiệt độ tăng Do đó ở nhiệt độ thấp bán dẫn dẫn điện rất

kém (giống điện môi), còn ở nhiệt độ cao bán dẫn rất điện tốt

(giống kim loại)

PHÂN LOẠI BÁN DẪN

Bán dẫn loại n

Bán dẫn loại p

S Ự DẪN ĐIỆN BÁN DẪN TINH KHIẾT

( Ở nhiệt độ thấp: các liên kết trong mạng tinh thể Si rất bền vững, trong bán dẫn không có hạt mạng điện tự do và bán dẫn không dẫn điện  

Ở nhiệt độ cao: Một số liên kết bị phá vỡ, e được giải phóng và trở thành e tự do đồng thời để lại 1 số lỗ trống mang điện dương ở trong tinh thể Ở nhiệt độ càng cao liên kết bị phá vỡ càng nhiều, số e tự do cũng tăng lên và số lỗ trống cũng tăng lên Khi e bứt khỏi liên kết thì có lỗ trống => lỗ trống mang điện tích dương, một e khác được chuyển đến lấp đầy và tạo thành lỗ trống khác Khi có điện trường mới đặt vào thì e chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều => có dòng điện )

Xét cấu trúc tinh thể Silic

BÁN DẪN LOẠI N

Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Photpho P có 5 e ở lớp ngoài cùng,

4 trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si ở gần còn e thứ 5 của P thì liên kết rất yếu với hạt nhân và dễ dàng tách khỏi nguyên tử để trở thành e tự do

=> Mật độ e lớn hơn mật độ lỗ trống

=> Bán dẫn loại n        

 => Trong bán dẫn loại n hạt mang điện cơ bản là electron, còn lỗ trống

là hạt mang điện không cơ bản

BÁN DẪN LOẠI P

Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Bo

B có 3 e ở lớp ngoài cung, 3 trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si ở gần Vậy nguyên tử B còn thiếu 1 e để tham gia vào liên kết với nguyên tử Si ở gần Do đó sẽ chiếm 1 e  của 1 nguyên tử gần nhất , e vừa đi ra đã để lại sau 1 lỗ trống

⇒Mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ e

⇒Trong bán dẫn loại p hạt mang điện cơ bản là lỗ trống con electron là hạt mang điện không cơ bản

LỚP CHUYỂN TIẾP P-N

a, Sự hình thành:

-Đặt 2 loại bán dẫn p và bán dẫn n tiếp xúc nhau :

+ Khuếch tán e tự do từ phần n sang p

  + Khuếch tán lỗ trống từ phần p sang n

=> Hình thành 1 lớp tiếp xúc nhiễm điện dương về phía n ( lỗ trống ) và 1 lớp tiếp xúc nhiễm điện âm về phía p ( electron )

=> Do đó trong lớp tiếp xúc có điện trường E hướng từ n sang p làm ngăn cản sự khuếch tán của các hạt mang điện

b, Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n:

-   Nối bán dẫn p vào cực dương n vào cực âm => Điện trường E hướng từ p sang n => Hạt mang điện cơ bản di chuyển qua lớp tiếp xúc => Có dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc

-   Nối bán dẫn n vào cực dương p vào cực âm => Điện trường E hướng từ n sang p

=> Hạt mang điện cơ bản không di chuyển qua lớp tiếp xúc được mà chỉ có hạt mang điện không cơ bản qua được lớp tiếp xúc => Có dòng điện rất nhỏ gọi là dòng điện ngược

=> Lớp tiếp xúc p-n chỉ dẫn điện theo 1 chiều từ p sang n

ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG VÔN – AMPE KẾ:

- 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 hình trên

- Tính chất của lớp chuyển tiếp p-n được

ứng dụng trong nhiều dụng cụ bán dẫn

như điốt , tranzito

Ứ NG DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

Điốt

(điôt là các linh kiện bán dẫn 2 cực

trong đó có một lớp chuyển tiếp p-n)

Điôt chỉnh lưu

( Chỉnh lưu dòng

diện xoay chiều)

Photodiot ( Biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, là một loại dụng cụ

không thể thiếu trong thông tin quang học hóa )

Pin mặt trời ( Chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện )

Diot phát quang ( Được dùng làm các

bộ hiển thị, đèn báo, làm các màn hình quảng cáo và làm nguồn sáng )

Pin nhiệt điện bán dẫn

ẢNH ĐIÔT

Cấu tạo: Là một dụng cụ bán dẫn có hai lớp chuyển tiếp p-n, nó gồm 3 phần có tính chất dẫn điện khác nhau

Phân loại Tranzito p-n-p

Tranzito n-p-n

Cực phát Cực đáy

ảnh trantizo

D AN H S Á C H T H À N H VIÊN

1 Lương Hùng Quyền 2 Nguyễn Việt Tùng

3 Nguyễn Đình Tuấn Thành 4 Trương Quang Vũ

5 Đào Duy Trung 6 Ngô Mạnh Trí