Vật liệu linh kiện điện tử

+ Vật dẫn với tính dẫn điện tử: Dòng điện được hình thành bởi chuyển động của các electron; trong các vật liệu này, hoạt động của các điện tích không làm biến đổi thực thể vật liệu, và c

BÀI GIẢNG: KHÁI QUÁT VỀ VẬT LIỆU, LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

1 Sơ lược về vật rắn và tính dẫn điện

- Tính dẫn điện của vật liệu: Trạng thái bình thường có điện tích tự do, nếu đặt trong điện trường thì có dòng điện trong vật dẫn

- Các hạt dẫn trong vật dẫn điện có thể là các electron, các ion (các nguyên

tử bị ion hóa và có thể chuyển động tự do trong vật liệu)

+ Vật dẫn với tính dẫn điện tử: Dòng điện được hình thành bởi chuyển động của các electron; trong các vật liệu này, hoạt động của các điện tích không làm biến đổi thực thể vật liệu, và các loại vật dẫn chủ yếu thuộc thể rắn (kim loại, hợp kim, bán dẫn)

+ Vật dẫn với tính dẫn ion: Dòng điện được hình thành bởi chuyển động của các ion (âm và dương); trong các loại vật liệu này, dòng điện gây biến đổi hóa học (trong quá trình dẫn điện có diễn ra phản ứng hóa học), và các loại vật dẫn chủ yếu thuộc thể lỏng, phổ biến là dung dịch axit, kiềm, muối

+ Vật dẫn có tính dẫn điện tử và tính dẫn ion: Dòng điện được hình thành bởi chuyển động của các electron và các ion đồng thời có mặt trong vật liệu, các electron và ion được hình thành đồng thời trong quá trình ion hóa, loại vật dẫn phổ biến đối với trường hợp này là vật dẫn thể khí; quá trình ion hóa chất khí có thể do nhiều nguyên nhân: Nhiệt độ, va chạm, điện trường,…

- Vật liệu, linh kiện điện tử được tạo nên từ vật chất; có thể dạng lỏng (dung dịch điện phân, điện môi lỏng), có loại chứa khí (đèn điện tử có khí), có chứa thể plasma (đèn điện tử có khí khi hoạt động) Tuy nhiên, vật liệu linh kiện điện tử phần lớn thuộc thể rắn Việc tìm hiểu cấu trúc, đặc điểm chất rắn và các tính chất

về điện liên quan là cần thiết để học tập về vật liệu, linh kiện điện tử

- Các chất rắn được chia thành 2 nhóm theo cấu tạo của chúng: Chất tinh thể

và chất vô định hình; Chất rắn tinh thể giữ vai trò quan trọng bậc nhất trong vật liệu điện Đặc điểm chất tinh thể: hình dạng tinh thể hoàn toàn xác định, các hạt có trật tự, có nhiệt độ nóng chảy xác định, bất đẳng hướng với một số tính chất vật lý

Một số khái niệm về tinh thể cần chú ý: Mạng tinh thể, chất điểm, mặt tinh thể, hàng tinh thể, mắt tinh thể, ô cơ sở (khối cơ bản, ô đơn vị), thông số mạng (hằng số mạng), đã được trình bày kỹ trong chương trình Hóa học đại cương

- Kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực cơ học lượng tử, vật lý chất rắn, vật lý thống kê đặt nền móng cho ngành vật liệu điện, là cơ sở để phân loại và tính toán các vấn đề liên quan đến vật liệu, linh kiện điện tử, cụ thể:

+ Kết quả của việc giải phương trình sóng trên mạng tinh thể-thuyết phân vùng năng lượng vật rắn cho phép giải thích tính dẫn điện trong kim loại, chất bán dẫn, chất cách điện

+ Sử dụng thuyết phân vùng năng lượng vật rắn, mô hình thống kê Fermi-Dirac để tính toán tham số điện của chất bán dẫn

+ Lấy kết quả cơ học lượng tử (giải phương trình sóng đối với nguyên tử) làm cơ sở giải thích từ tính của vật liệu

+ Lý thuyết về khuếch tán giải thích sự hình thành mặt ghép p-n, là cơ sở hình thành nên các linh kiện bán dẫn

2 Một số kết quả quan trọng của khoa học cơ bản

Phân vùng năng lượng vật rắn tinh thể

a) Một số kết luận quan trọng của hóa học đại cương, cơ học lượng tử

- Theo lý thuyết cơ học lượng tử, trạng thái chuyển động của electron trong nguyên tử được mô tả bởi những hàm sóng, thể hiện sự liên hệ giữa các tọa độ và thời gian trong chuyển động của vi hạt Các hàm sóng là các orbital, chúng có tính thống kê; các hàm sóng cho biết xác suất xuất hiện eletron (theo tọa độ, hay mức năng lượng) chứ không thể xác định chính xác tọa độ theo thời gian của chúng

- Việc giải các phương trình sóng (trường hợp đơn giản với nguyên tử Hidro) dẫn tới việc xuất hiện tự nhiên các tham số nguyên: n-Số lượng tử chính;

l-số lượng tử phụ; m-l-số lượng tử từ

+ Các thông tin quan trọng cần thiết có thể được cung cấp từ bộ ba số (n,l,m)

+ Khi nghiên cứu về tính chất từ tính của nguyên tử, người ta bổ sung thêm tham số ms là số lượng tử từ spin của electron Trạng thái của electron được thể hiện bởi bộ 4 số (n,l,m,ms)

- Các orbital sẽ có các mức năng lượng nhất định ứng với các bộ số lượng

tử, nói cách khác, electron có các mức năng lượng nhất định khi nằm trong các orbital Electron có thể nhận hoặc cho năng lượng để dịch chuyển giữa các mức khác nhau

b) Đặc điểm phân vùng năng lượng vật rắn tinh thể

- Khi hình thành tinh thể, các mức năng lượng trong nguyên tử bắt đầu dịch chuyển, tạo thành các vùng năng lượng (có bề rộng phụ thuộc loại mạng)

+ Khi các nguyên tử xa nhau, các orbital giống nhau sẽ có cùng mức năng lượng như nhau; tuy nhiên khi hình thành tinh thể thì các orbital cùng mức đó phủ lên nhau, tạo ra các orbital phân tử khác orbital nguyên tử khi đứng tự do, các orbital phân tử có mức năng lượng chênh lệch rất ít (gián đoạn), hợp thành một vùng, gọi là vùng năng lượng (dải năng lượng)

+ Mỗi orbital của nguyên tử độc lập khi tham gia trong liên kết tinh thể sẽ tạo ra một dải tương ứng; các dải năng lượng có bề rộng khác nhau, dải bên trong hẹp hơn dải bên ngoài; các orbital hóa trị tạo ra dải năng lượng hóa trị và có bề rộng lớn nhất Tinh thể là hữu hạn thì số mức năng lượng trong mỗi giải là hữu hạn

và giá trị năng lượng trong vùng biến thiên gián đoạn Nếu tinh thể là vô hạn thì giá trị năng lượng sẽ biến thiên liên tục

+ Electron có thể di chuyển khá dễ dàng giữa các mức năng lượng trong cùng một dải Ở 0ºK, các electron lấp đầy các mức năng lượng từ thấp đến cao; mức năng lượng cao nhất của electron trong dải hóa trị gọi là mức năng lượng Fermi Với các vật liệu có mức năng lượng Fermi cao thì tính dẫn điện càng tốt

- Do cấu trúc tuần hoàn của tinh thể, đặc điểm của cấu trúc năng lượng rơi vào hai trường hợp sau:

+ Tinh thể với phổ năng lượng chỉ có một vùng cho phép và được điền đầy một phần Các mức năng lượng bị điền đầy và các mức trống không bị ngăn cách, các electron có thể dễ dàng nhận năng lượng dịch chuyển lên các mức trên Các tinh thể là các tinh thể kim loại, có tính dẫn điện tốt

+ Tinh thể với phổ năng lượng có các vùng: vùng cho phép được điền đầy hoàn toàn và vùng cho phép trống hoàn toàn, vùng cho phép đầy hoàn toàn trên cùng gọi là vùng hóa trị, vùng cho phép trống hoàn toàn dưới cùng là vùng dẫn; xuất hiện khe năng lượng ngăn cách vùng dẫn và vùng hóa trị, là vùng năng lượng

mà ở đó không tồn tại nghiệm của phương trình sóng Vùng năng lượng này còn gọi là vùng cấm

- Với các tinh thể có vùng năng lượng cấm: Các

electron sẽ trở thành các eletron tự do khi nhận được

năng lượng vượt qua vùng cấm Do đó bề rộng vùng

cấm quyết định tính chất dẫn điện của vật liệu Với các

bán dẫn, độ rộng vùng cấm nhỏ khoảng một vài eV,

eletron có thể nhận nhiệt năng hoặc năng lượng bức xạ

để vượt qua vùng cấm, trở thành các electron dẫn điện

Giải thích tính dẫn điện:

Trên trục năng lượng vật rắn tinh thể người ta chia ra các vùng:

+ Vùng hóa trị: Các electron liên kết hóa trị có mức năng lượng nằm trong vùng hóa trị

+ Vùng dẫn: Các electron tự do, tách khỏi liên kết hóa trị có mức năng lượng nằm trong vùng dẫn

+ Vùng cấm: Khoảng cách giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có electron nào có mức năng lượng ở trong vùng cấm Các electron ở vùng hóa trị có thể nhận năng lượng để chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, hoặc trao năng lượng khi chuyển từ vùng dẫn xuống vùng hóa trị

- Tùy thuộc chất rắn là chất dẫn điện, chất cách điện hay chất bán dẫn mà có cấu trúc các vùng năng lượng khác nhau Điểm khác biệt cơ bản là độ rộng vùng cấm Wg:

Vùng dẫn

Vùng hóa trị

W g

W

+ Vật liệu bán dẫn: Wg hẹp (có tài liệu ghi từ 0,2 đến 1,5 eV), các electron

có thể nhận năng lượng vượt qua vùng cấm thành electron tự do (ở nhiệt độ phòng các electron cũng có thể nhận năng lượng nhiệt đủ lớn để tham gia dẫn điện) Khi lên vùng dẫn, các electron để lại trong vùng hóa trị các lỗ trống

+ Vật liệu dẫn điện: Wg nhỏ (có tài liệu ghi nhỏ hơn 0,2 eV), thậm chí các vùng dẫn và vùng hóa trị có thể chồng lấn lên nhau Các electron dễ dàng nhận năng lượng vượt qua vùng cấm tham gia dẫn điện

+ Vật liệu cách điện: Wg có giá trị lớn, cỡ vài eV, các electron khó có thể vượt qua vùng cấm để tham gia dẫn điện

1 Vật liệu dẫn điện

- Vật liệu có tính dẫn điện, ở trạng thái bình thường có điện dẫn suất lớn, được

sử dụng trong kỹ thuật điện chủ yếu cho mục đích dẫn điện

- Các nguyên tố kim loại chiếm phần lớn trong bảng tuần hoàn Đặc điểm trong cấu hình electron nguyên tử là lớp vỏ ngoài cùng thường có 1, 2 electron Các electron lớp ngoài cùng có ảnh hưởng nhiều nhất đến tính chất của mỗi nguyên tố; với kim loại, các electron này không những quyết định tính chất hóa học, mà còn quyết định tính chất dẫn điện của nó, ảnh hưởng đến một số tính chất vật lý khác, chẳng hạn tạo ra vẻ sáng ánh kim, …Với các electron này, dễ nhận năng lượng kích thích để thoát khỏi quỹ đạo trở thành các điện tử tự do, nguyên tử kim loại sẽ thành ion dương Ngay ở nhiệt độ thường, các electron ngoài cùng đã

có thể trở thành electron tự do; khi đặt trong điện trường, các electron chuyền động

có hướng tạo thành dòng điện, kim loại trở thành vật dẫn điện

- Kim loại tinh khiết có điện trở suât nhỏ nhưng hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ lớn ; hợp kim có điện trở suất lớn hơn nhưng hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ nhỏ hơn kim loại nền Ngoài ra, các ưu điểm về tính chất cơ-lý-hóa của hợp kim hơn hẳn so với kim loại tinh khiết nên thực tế được sử dụng phổ biến hơn

- Các nhóm vật liệu dẫn điện cơ bản:

+ Kim loại, hợp kim điện dẫn suất lớn: Cu, Al, Fe, Zn, Ni, W, Ag, Pt,… + Vật liệu dùng làm điện trở: Chủ yếu hợp kim (Cu, Ni, Mn,….)

+ Vật liệu làm tiếp điểm: Cu, Al, thép, hợp kim Cu-Cd, Ag-Cd, Pt-Ir, …

2 Vật liệu cách điện

- Trong các hệ thống điện, bên cạnh các vật liệu dẫn điện, cần các vật liệu làm nhiệm vụ cách điện giữa các bộ phận trong thiết bị, giữa các thiết bị và giữa thiết bị với môi trường bên ngoài, đặc biệt là các hệ thống với điện áp cao Vật liệu cách điện thường gọi là điện môi

- Phân loại theo trạng thái vật lý: Vât liệu cách điện (điện môi) có thể ở thể khí, thể lỏng và thể rắn

+ Các đặc điểm cơ bản của vật liệu cách điện thể khí: Hằng số điện môi xấp xỉ bằng 1; Điện trở cách điện rất lớn và phụ thuộc điện áp; hệ số tổn hao phụ thuộc điện áp, độ bền cách điện phụ thuộc vào áp suất, dạng hình học điện cực, thời gian tác dụng của điện áp

+Vật liệu cách điện thể lỏng: Độ bền cách điện cao (hiệu dụng 160 kV/cm); điện trở suất lớn; hằng số điện môi 2,2 ÷ 2,3; có khả năng phục hồi sau khi bị đánh thủng, khả năng dập tắt hồ quang, làm mát; tính năng biến đổi nhiều nếu bị bụi bẩn; dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm;dễ cháy; nhiệt độ cao gây biến đổi hóa học

+Vật liệu cách điện thể rắn:

Đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật cách điện, bao gồm rất nhiều chủng loại phong phú, có mặt hầu hết trong các thiết bị và hệ thống điện:

* Vật liệu cách điện dạng sợi; giấy và các chế phẩm từ giấy: Bao gồm giấy xenlulo, giấy cứng, phíp, giấy amiăng, giấy ép tẩm nhựa; cánh kiến, mica; vật liệu gốm sứ: Bao gồm sứ, xteatit và các loại gốm sứ đặc biệt; thủy tinh; cao su;

* Nhựa: Sử dụng rất phổ biến cho cách điện trong các khí cụ điện, thiết bị điện, dây dẫn, với ưu điểm lớn trong sản xuất, chế tạo, đúc khuôn, tính chống chịu môi trường tốt

* Sơn tẩm: Sơn tẩm được phân loại theo sự hóa khô: Có loại hóa khô do bốc hơi dung môi loại này phải nhờ lò sấy; và hóa khô không dùng dung môi Sơn emay cách điện cho dây dẫn có nhiều loại, khác nhau về cách hóa khô cũng như thành phần hóa học

3 Vật liệu bán dẫn

a) Bán dẫn tinh khiết

- Chất bán dẫn nhìn theo khía cạnh tính dẫn điện, là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, có điện trở suất trong khoảng 10  6  10 8  m

- Chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện ở điều kiện thường, và hoạt động như chất dẫn điện ở điều kiện đặc biệt (kích thích bởi nhiệt độ, điện trường, bức xạ, ) Tính dẫn điện (điện dẫn) của chất bán dẫn có thể điều khiển được Ngoài tính chất dẫn điện kể trên, một số vật liệu bán dẫn có các tính chất đặc biệt khác, chẳng hạn cảm quang, phát quang,

- Bán dẫn đơn thường sử dụng các nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học làm các chất cơ bản tạo nên bán dẫn Kỹ thuật bán dẫn

sử dụng chủ yếu là silic và giecmani có cấu trúc tinh thể, silic khá phổ biến, giecmani là nguyên tố hiếm; kết hợp với các tạp chất là các nguyên tố nhóm III hoặc nhóm V để tạo ra các loại bán dẫn với các tính chất khác nhau

- Bán dẫn có thể là hợp chất của các nguyên tố nhóm III với nguyên tố nhóm V; nguyên tố nhóm II với nguyên tố nhóm VI trong bảng tuần hoàn, các hợp chất

có thành phần phức tạp,

Cấu trúc tinh thể kim cương

Kim cương tạo nên từ các nguyên tử cacbon cấu trúc theo dạng tinh thể, các bán dẫn thông dụng (Si, Ge, GaAs) cũng có cấu trúc theo dạng này Tinh thể kim cương gồm các nguyên tử cacbon sắp sếp theo trật tự sau:

+ Các nguyên tử cacbon liên kết hóa trị, một nguyên tử liên kết với 4 nguyên

tử kế cận tạo thành một tứ diện (hình a), mỗi tứ diện có thể đặt trong một lập phương (hình b) với 4 nguyên tử ở đỉnh và một nguyên tử ở tâm

+ Ô cơ sở trong tinh thể kim cương có thể tích gồm 8 hình lập phương kể trên, tuy nhiên chỉ có 4 hình lập phương có nguyên tử, nghĩa là mỗi ô cơ sở của tinh thể kim cương có 4 cấu trúc tứ diện xen chéo nhau

Nguồn gốc tính dẫn điện của bán dẫn

Nguồn gốc giải thích đặc điểm, tính chất dẫn điện của bán dẫn nằm ở cấu trúc vùng năng lượng của nó Cấu trúc vùng năng lượng vật liệu bán dẫn:

- Cũng như các chất rắn tinh thể, các electron

trong nguyên tử vật liệu bán dẫn có các mức năng

lượng nhất định Trên trục năng lượng người ta chia

ra các vùng: vùng hóa trị, vùng dẫn, vùng cấm

- Vật liệu bán dẫn: Wg hẹp (từ 0,2 đến 1,5 eV),

các electron có thể nhận năng lượng vượt qua vùng

cấm thành electron tự do

- Ở nhiệt độ phòng các electron cũng có thể nhận năng lượng nhiệt đủ lớn để tham gia dẫn điện Khi trở thành các electron tự do, chuyển lên vùng dẫn các electron để lại trong vùng hóa trị các lỗ trống

Vùng dẫn

Vùng hóa trị

W g

W

- Mức thấp nhất trong vùng dẫn (đáy vùng dẫn) tương ứng với năng lượng của electron đứng yên, chính là thế năng của electron, nếu electron ở mức năng lượng cao hơn mức đáy đó, thì phần cao hơn chính là động năng của nó Mức cao nhất trong vùng hóa trị là thế năng lỗ trống, nếu lỗ trống có mức năng lượng thấp hơn đỉnh thì đó là phần động năng của lỗ trống

- Độ linh động của các hạt dẫn:

Các electron tự do và lỗ trống chuyển động với tính linh động khác nhau và

độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn phụ thuộc độ linh động của các hạt dẫn của nó

+ Độ linh động electron, ký hiệu n cm2

V s

  

  Độ linh động lỗ trống ký

hiệu p cm2

V s

  

  ; và trong vật liệu bán dẫn luôn có  lớn hơnn  p

+ Điện dẫn suất của vật liệu bán dẫn:

1

.cm



Với nc là mật độ electron tự do, nh là mật độ lỗ trống, e là điện tích electron Mật độ hạt dẫn phụ thuộc vào chất bán dẫn, nhiệt độ

b) Bán dẫn tạp

- Để tăng mật độ hạt dẫn, thực hiện đưa tạp chất vào bán dẫn tinh khiết + Cho thêm vào các bán dẫn tinh khiết nhóm IV một lượng tạp chất là nguyên tố nhóm V như P, As, Sb… trong vật liệu sẽ có sẵn các điện tử thừa không tham gia liên kết hóa trị, chỉ cần một kích thích nhỏ sẽ trở thành điện tử tự do (có ở nhiệt độ thường) Tạp chất nhóm V đưa vào gọi là tạp chất cho; bán dẫn khi này là bán dẫn tạp loại n, hạt dẫn cơ bản là electron

+ VLBD tinh khiết nếu pha tạp chất nhóm III như B, Al, In… do chỉ có 3 liên kết hoàn chỉnh, 1 liên kết bỏ hở nên chỉ cần 1 kích thích nhỏ (nhiệt độ, ánh sáng) sẽ có 1 electron của các liên kết hoàn chỉnh bên cạnh thế vào Tạp chất bị ion hóa thành ion âm, còn ở mối liên kết mà electron đi khỏi sẽ xuất hiện một điện tích

dương tức một lỗ trống Vậy tạp chất đã làm tăng mật độ lỗ trống mà không làm tăng mật độ điện tử Tạp chất nhóm III làm tăng mật độ lỗ trống được gọi là tạp chất nhận và bán dẫn gọi là bán dẫn tạp loại p; hạt dẫn cơ bản là lỗ trống

- Nồng độ tạp rất nhỏ-cỡ một vài phần triệu, nhưng tạp chất quyết định đến điện dẫn suất của bán dẫn tạp

4 Vật liệu từ

Sự hình thành từ tính của nguyên tử chính là nguồn gốc tính chất từ tính của vật liệu

- Mômen từ của electron:

+ Mômen do chuyên động quanh hạt nhân:

Mô men từ spin: Electron có mômen động lượng riêng, gọi là spin có độ lớn xác định bởi số lượng tử spin

Như vậy mô men từ của một electron gây nên gồm hai thành phần trên, cả nguyên tử do nhiều electron gây nên bằng tổng cộng các mômen từ các electron

- Mômen từ của hạt nhân: Hạt nhân dịch chuyển do nhiệt, chỉ có mô men từ spin, nhưng do khối lượng quá lớn so với e, nên mômen từ hạt nhân rất nhỏ so với electron, có thể qua Tuy nhiên có một số trường hợp cộng hưởng từ hạt nhân thì

mô men từ hạt nhân là rất quan trọng

- Mômen từ tổng hợp của nguyên tử: Tìm mômen động lượng tổng cộng của electron, và tổng cộng các mômen động lượng riêng, sau đó kết hợp với tỷ số hồi chuyển tìm được mômen từ tổng cộng, sau đó chiếu lên trục Oz

- Từ các kết quả của cơ học lượng tử, có các nhận xét sau đây:

+ Ở tất cả các nguyên tử có lớp vỏ lấp đầy, mômen từ của chúng bằng 0 Nên tính từ hóa gắn liền với nguyên tử có lớp vỏ không lấp đầy electron Các electron cặp đôi sẽ triệt tiêu nhau về mô men từ Các nguyên tố có electron vỏ không cặp đôi sẽ có mô men từ Ví dụ H, K, Na, Ag, …

+ Khi tính tổng các mômen từ quỹ đạo và mô men từ spin, có thể bù trừ hết

và mômen tổng hợp bằng 0, nếu khác 0 thì vật liệu có từ tính, các mômen từ spin đóng vai trò rất quan trọng trong sự từ hóa các vật liệu sắt từ

+ Những vật liệu mà nguyên tử của nó không có khả năng tạo mômen từ thì gọi là vật liệu nghịch từ Nếu có thì gọi là thuận từ, sắt từ, phản sắt từ, feri từ

- Quá trình từ hóa vật liệu :

+ Khi vật liệu không đặt trong từ trường ngoài, các mô men từ của các miền

từ hóa sắp đặt hỗn loạn, tổng mô men từ của vật thể bằng không, vật liệu không được từ hóa

+ Dưới tác động của từ trường ngoài, làm tăng lên các khu vực mà mômen

từ hướng góc nhỏ nhất với từ trường, giảm kích cỡ các khu vực khác, và sự bão hòa từ xảy ra khi toàn bộ mômen từ vật thể cùng hướng với hướng từ trường ngoài

- Các quá trình từ hóa có thể được mô tả trên đồ

thị B-H (gọi là đường cong từ hóa)

- Tỷ lệ giữa cảm ứng từ B với cường độ từ

trường H là độ thấm từ vật liệu (không kể tới hằng số

từ μ0); độ thấm từ cũng là một đại lượng thay đổi phụ

thuộc cường độ từ trường

- Nếu tiến hành từ hoá vật liệu sắt từ trong từ

trường ngoài sau đó bắt đầu ở 1 điểm nào đó trên

đường cong từ hoá cơ bản ta giảm cường độ từ

trường thì cảm ứng từ cũng giảm nhưng không theo

đường cũ mà giảm chậm hơn do hiện tượng từ trễ

Khi tăng từ trường theo hướng ngược lại thì vật liệu

bị khử từ sau đó được từ hoá lại và nếu đổi chiều từ

trường thì cảm ứng từ sẽ quay về điểm ban đầu Ta có

đường cong kín đặc trưng cho tình trạng từ hoá của

vật liệu gọi là vòng từ trễ của chu trình từ hoá

- Phân loại, ứng dụng vật liệu từ:

+ Vật liệu từ cứng: độ thấm từ (µ) nhỏ, lực kháng từ (Hk) lớn; chu trình từ trễ rộng Sử dụng làm nam châm vĩnh cửu, băng từ, đĩa từ

+ Vật liệu từ mềm: độ thấm từ (µ) lớn, lực kháng từ (Hk) nhỏ; chu trình từ trễ hẹp Sử dụng làm lõi từ trong các mạch từ (nam châm điện, biến áp, động cơ điện, )

III LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

1 Linh kiện thụ động

- Trạng thái điện của 1 phần tử được thể hiện qua hai thông số là điện áp và dòng điện Khi phần tử tự nó tạo ra các thông số này thì phần tử đó gọi là nguồn Nếu phần tử không tạo ra thì nó phải được cấp từ một nguồn ngoài Mối qua hệ giữa hai thông số này i = f(u) là một hàm số, gọi là trở kháng của phần tử

- Nếu quan hệ i, u là phương trình đại số bậc nhất, hoặc theo phương trình vi phân tuyến tính bậc nhất thì phần tử là phần tử tuyến tính Đặc điểm quan hệ này là

có tính xếp chồng

- Nếu quan hệ i, u không có tính chất xếp chồng thì phần tử là phi tuyến

- Các linh kiện tuyến tính phổ biến là điện trở (ký hiệu R), tụ điện (C) và điện cảm (L) Chúng còn có tên gọi là các linh kiện thụ động Quan hệ i, u theo các biểu thức sau:

B

H Đường cong từ hóa

Chu trình từ trễ

B r

-H K

H K

B

0

- H m

H m H

+ Điện trở: u = i.R

+ Tụ điện: I = C (du/dt)

+ Điện cảm: u = L.(di/dt)

2 Linh kiện bán dẫn

a) Điốt bán dẫn

- Cấu tạo từ mặt ghép p-n Thực hiện ghép tấm bán dẫn tạp loại p và bán dẫn tạp loại n hình thành một lớp tiếp giáp có nhiều tính chất đặc biệt: Chỉ cho dòng điện đi theo một chiều, một số loại có khả năng phát quang, cảm quang, …

- Sự hình thành tiếp giáp p-n được giải thích và tính toán nhờ lý thuyết về khuếch tán hạt dẫn, sẽ được tìm hiểu trong phần Điốt bán dẫn

- Tiếp giáp p-n và các đặc tính của nó là nền tảng quan trọng của hầu hết các linh kiện bán dẫn Linh kiện bán dẫn đơn giản nhất: chỉ gồm một tiếp giáp p-n là điốt bán dẫn

- Ứng dụng: Dựa vào quan hệ i, u của mỗi loại điốt, người ta sử dụng và các ứng dụng sau:

+ Sử dụng tính chất chỉ cho dòng đi qua theo một hướng, điốt được sử dụng cho mạch chỉnh lưu điện áp; ghim điện áp, tách sóng

+ Sử dụng hiệu ứng Zener (đánh thủng mặt ghép), điốt được sử dụng cho mạch ổn áp

+ Sử dụng hiệu ứng phát quang, điốt được sử dụng để phát quang (LED) + Sử dụng phần phi tuyến trên đặc tính Vôn-Ampe, điốt có thể được sử dụng cho trộn tần số; các mạch tạo hàm phi tuyến

b) Transistor lưỡng cực (BJT)

Linh kiện bán dẫn gồm 3 tấm bán dẫn tiếp xúc xen kẽ hình thành nên 2 tiếp giáp p-n, linh kiện tạo ra gồm 3 điện cực

- Transistor được cấu tạo từ các miền bán dẫn P, N xen kẽ nhau tạo thành hai chuyển tiếp PN Do thứ tự sắp xếp các miền P, N mà ta có: transistor PNP và transistor NPN

(-) (-) (-)

(+) (+) (+) (+)

E tx