[r]
Trang 1BÀI 4: V T LI U BÁN D N VÀ M I N I P – N Ậ Ễ Ẫ Ố Ố
Đ có nh ng hi u bi t c b n v ch t bán d n, c n bi t m t s ki n th c v lý thuy tể ữ ể ế ơ ả ề ấ ẫ ầ ế ộ ố ế ứ ề ế nguyên t và c u trúc c a v t ch t Trong chử ấ ủ ậ ấ ương này chúng ta s h c v nh ng v t li u bánẽ ọ ề ữ ậ ệ
d n c b n đẫ ơ ả ược s d ng đ ch t o diode, transistor và các linh ki n bán d n khác mà taử ụ ể ế ạ ệ ẫ
được h c trong nh ng chọ ữ ương ti p theo Chúng ta s có m t s khái ni m quan tr ng v lýế ẽ ộ ố ệ ọ ề thuy t l p ti p xúc P – N, nó c n thi t đ hi u các ho t đ ng c a các linh ki n bán d n.ế ớ ế ầ ế ể ể ạ ộ ủ ệ ẫ
Diode r t quan tr ng trong nh ng ng d ng M t ng d ng mà không th thi u diode làấ ọ ữ ứ ụ ộ ứ ụ ể ế ngu n ch nh l u Đ c đi m c b n c a diode là cho phép dòng đi n đi qua ch m t chi u đồ ỉ ư ặ ể ơ ả ủ ệ ỉ ộ ề ể chuy n đ i AC ể ổ DC
Nguyên t Silicon và Germanium (Si và Ge) ử
Hai lo i ch t bán d n đang đạ ấ ẫ ượ ử ục s d ng m t cách r ng rãi là Si và Ge, c hai nguyên tộ ộ ả ử
Si và Ge đ u có 4 ề e- hóa tr , trong đó Si có 14 proton và Ge có 32 proton trong h t nhân.ị ạ
Khi các nguyên t Si k t h p l i thành phân t đ hình thành nên ch t r n, chúng t s pử ế ợ ạ ử ể ấ ắ ự ắ
x p thành m t c u trúc c đ nh g i là tinh th Nh ng nguyên t trong m ng tinh th liên k tế ộ ấ ố ị ọ ể ữ ử ạ ể ế
v i nhau b ng liên k t đ ng (c ng) hóa tr , nó đớ ằ ế ồ ộ ị ượ ạc t o thành b i s k t h p c a các eở ự ế ợ ủ - hóa trị
c a các nguyên t ủ ử
Trong hình bên dưới, ta th y m i nguyên t Si k t h p v i 4 nguyên t Si k t c n Đấ ỗ ử ế ợ ớ ử ế ậ ể nguyên t có th có 8 eử ể - l p ngoài cùng thì m t nguyên t Si v i 4 eở ớ ộ ử ớ - hóa tr dùng chung 1 eị -
v i 4 nguyên t k c n.ớ ử ế ậ
I S d n trong tinh th bán d n: ự ẫ ể ẫ
28
Sơ đồ khối bộ nguồn chỉnh lưu
+14
Nhân
Lớp ngoài cùng Cấu tạo nguyên tử của Si
-Si
Si
Trang 2
-Nh ng eữ - trong nguyên t ch t n t i trong nh ng vùng có m c năng lử ỉ ồ ạ ữ ứ ượng xác đ nh M iị ỗ
l p xung quanh nhân tớ ương ng v i m t m c năng lứ ớ ộ ứ ượng và được phân chia b i nh ng kheở ữ năng lượng, trong khe này s không t n t i eẽ ồ ạ - Hình v vùng năng lẽ ượng c a nguyên t Siủ ử (không k năng lể ượng bên ngoài) Đi u này ch x y ra 0ề ỉ ả ở 0 K
Gi n đ năng lả ồ ượng
H t d n e ạ ẫ - và l tr ng: ỗ ố
Tinh th Si t i tể ạ o phòng, năng lượng to t không khí xung quanh là nguyên nhân đ các eừ ể -
trong vùng c m có đ năng lấ ủ ượng đ nh y t vùng c m sang vùng d n, tr thành eể ả ừ ấ ẫ ở - t do.ự Khi m t eộ - nh y vào vùng d n, ch tr ng mà nó đ l i trong vùng c m g i là l tr ngả ẫ ỗ ố ể ạ ấ ọ ỗ ố (hole) mang đi n tích dệ ương Do đó n u m t eế ộ - nh y lên vùng d n b i tả ẫ ở o hay ánh sáng thì s cóẽ
m t l tr ng trong vùng c m độ ỗ ố ấ ược g i là c p đi n t – l tr ng S tái h p x y ra khi eọ ặ ệ ử ỗ ố ự ợ ả - trong vùng d n b m t năng lẫ ị ấ ượng và k t h p v i l tr ng vùng c m.ế ợ ớ ỗ ố ở ấ
29
Năng lượng
Vùng 1 Vùng 2 Vùng cấm
to
Giản đồ năng lượng
Lỗ trống
e
-Sơ đồ liên
Năng lượng
to
Năng lượng
Vùng 1 Vùng 2
Vùng cấm
Vùng dẫn
Khe năng
lượng
-e
Trang 3-Tóm l i, đ i v i ch t bán d n thu n tạ ố ớ ấ ẫ ầ ở o phòng, s đi n t t do trong vùng d n khôngố ệ ử ự ẫ
có liên k t v i h t nhân và chuy n đ ng t do, b ng v i s l tr ng trong vùng c m khi nh ngế ớ ạ ể ộ ự ằ ớ ố ỗ ố ấ ữ
e- đó nh y vào vùng d n.ả ẫ
Dòng e - và l tr ng: ỗ ố đ t đi n áp lên kh i bán d n nh hình v ặ ệ ố ẫ ư ẽ
Đi n t t do s ch y v phía c c dệ ử ự ẽ ạ ề ự ương c a ngu n dủ ồ ưới tác đ ng c a đi n trộ ủ ệ ường Sự chuy n đ ng c a eể ộ ủ - t do g i là dòng electron Còn các l tr ng s di chuy n theo hự ọ ỗ ố ẽ ể ướ ng
ngượ ạ ềc l i v phía c c âm c a ngu n g i là dòng l tr ng.ự ủ ồ ọ ỗ ố
Ch t bán d n, ch t d n và ch t cách đi n: ấ ẫ ấ ẫ ấ ệ xét v m t năng lề ặ ượng
T hình v ta th y r ng:ừ ẽ ấ ằ
Đ i v i ch t cách đi n thì khe năng lố ớ ấ ệ ượng khá r ng nên r t ít eộ ấ - có đ năng lủ ượ ng
đ nh y vào vùng d n.ể ả ẫ
Đ i v i ch t d n thì vùng c m và vùng d n ch ng l p lên nhau vì th luôn luônố ớ ấ ẫ ấ ẫ ồ ấ ế
có nhi u eề - t do trong vùng d n mà không c n năng lự ẫ ầ ượng kích thích t bên ngoài.ừ
Đ i v i ch t bán d n thì khe năng lố ớ ấ ẫ ượng h p h n so v i ch t cách đi n.ẹ ơ ớ ấ ệ
II Bán d n lo i N và bán d n lo i P: ẫ ạ ẫ ạ
1 Bán d n lo i N ẫ ạ :
Đ tăng n ng đ eể ồ ộ - trong ch t bán d n trong ch t bán d n thu n, ngấ ẫ ấ ẫ ầ ười ta pha t p ch tạ ấ nhóm V (hóa tr 5) vào ch t bán d n thu n Các nguyên t có 5 eị ấ ẫ ầ ử - l p ngoài cùng là: Arsenicở ớ (Ar), phosphorus (P), antimony (Sb),…
30
V
e
-Lỗ trống Dòng
e
-Dòng
lỗ trống
Vùng dẫn
Vùng cấm
Năng lượng
Vùng dẫn Khe năng lượng Vùng cấm
Năng lượng
Vùng dẫn
Khe
năng
lượn
g
Vùng cấm
Năng lượng