Bài giảng Nhập môn điện tử: Chương 3 - ĐH Công nghệ Thông tin

Electron ở mức năng lượng cuối cùng được lấp đầy gọi là electron hoá trị và ảnh hưởng quyết định tới tính chất hoá học của vật liệu... Vùng dẫn: vùng năng lượng thấp nhất mà ele[r]

Trang 1

Chương 3: Điốt 1

Chương 3 ĐIỐT – DIODE

Trang 2

I – Chất bán dẫn

I.1 Phân loại vật liệu:

Trong từng nguyên tử năng lượng được phân bố thành các mức không

liên tục

Mỗi mức năng lượng được lấp đầy với một số electron nhất định

Mức năng lượng thấp nhất được lấp đầy trước

Electron ở mức năng lượng cuối cùng được lấp đầy gọi là electron hoá trị

và ảnh hưởng quyết định tới tính chất hoá học của vật liệu

Trang 3

I.1 Phân loại vật liệu:

Khi các nguyên tử liên kết với nhau tạo thành

mạng tinh thể các mức năng lượng được phân bố

thành các vùng năng lượng do khoảng cách rất

nhỏ giữa các ion

Vùng dẫn: vùng năng lượng thấp nhất mà

electron không gắn chặt vào nguyên tử

Vùng hoá trị: vùng năng lượng cao nhất mà

electron còn gắn chặt vào nguyên tử

Vùng dẫn

Vùng hoá trị

Trang 4

I.1.2 Phân loại vật liệu:

Các loại vật liệu được phân thành 3 loại vật liệu dựa vào khoảng cách năng

lượng (𝐸𝑔𝑎𝑝) giữa vùng dẫn và vùng hoá trị

Chất dẫn điện

(Kim loại)

Chất Bán dẫn ( T=0K)

Chất Bán dẫn ( T>0K)

Chất cách điện

Vùng dẫn

Vùng dẫn (trống)

Vùng hoá trị (lấp đầy) Vùng hoá trị (lấp đầy)

Vùng dẫn

Vùng hoá trị

(lấp đầy)

𝑔 > 2eV

Trang 5

I.2 Chất bán dẫn

I.2.1 Chất bán dẫn thuần

Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện

và chất cách điện Về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất

có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử Đó là các chất

Germanium ( Ge) và Silicium (Si)

Trang 6

Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở dạng tinh thể

các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình

dưới

Trang 7

Khi được một nguồn năng lượng bên ngoài kích thích, điện tử dịch

chuyển từ một mức năng lượng trong vùng hóa trị lên một mức năng

lượng trong vùng dẫn và vị trí trước đó của electron được gọi là lỗ

trống

Trang 8

Trong chất bán dẫn thuần, mật độ của điện tử tự do (mang điện âm) và lỗ trống (mang điện tích dương) là bằng nhau Điện

tử tự do và lỗ trống gọi chung là các hạt dẫn

Trang 9

Khi có điện thế ngoài tác động lên bán dẫn các hạt dẫn sẽ chuyển động

có hướng tạo thành dòng điện

Trang 10

I.2.2 - Chất bán dẫn loại n

Khi ta pha một lượng nhỏ chất

có hoá trị 5 (như Sb) vào chất bán

dẫn (như Si) thì một nguyên tử Sb

liên kết với 4 nguyên tử Si theo

liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Sb

chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết

và còn dư một điện tử và điện tử

này trở thành điện tử tự do

 Chất bán dẫn lúc này trở thành

thừa điện tử , được gọi là bán dẫn

loại n Trong bán dẫn loại n hạt

tải đa số là electron

Trang 11

Khi ta pha thêm một lượng

nhỏ chất có hoá trị 3 như B vào

chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử

B sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si

theo liên kết cộng hoá trị và liên

kết bị thiếu một điện tử Vị trí

thiếu này trở thành lỗ trống

->Chất bán dẫn loại này gọi là

bán dẫn loại p, hạt tải đa số là

lỗ trống

I.2.3 - Chất bán dẫn loại p

Trang 12

I.2- Chất bán dẫn

Trang 13

Nếu ghép hai chất bán dẫn p và n với nhau ta được một tiếp xúc p-n có đặc

điểm:

+ Do chênh lệch nồng độ, các điện tử trong bán dẫn n khuyếch tán sang vùng

bán dẫn p và đồng thời các lỗ trống khuếch tán từ p sang n

+ Tại vùng tiếp xúc diễn ra sụ kết hợp giữa điện tử và lỗ trống

I.3 Tiếp xúc p-n

Trang 14

I.3 Tiếp xúc p-n

Vùng nghèo

n- type p- type

+ Vùng tiếp xúc thiếu hạt dẫn trở thành vùng nghèo

+ Tại vùng tiếp xúc bán dẫn p chỉ còn ion âm (acceptor), bán dẫn n

hầu như chỉ còn ion dương (donor)

=> Hình thành hiệu điện thế tiếp xúc

=> Ngăn cản sự di chuyển của các hạt dẫn âm từ n sang p và

ngược lại, duy trì trạng thái cân bằng

Trang 15

II Diode bán dẫn

Thiết bị được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn p và bán dẫn n đặt tiếp xúc nhau tạo

thành một tiếp xúc p-n được gọi là diode

Diode đóng vai trò như một khoá điều khiển dòng, chỉ cho dòng qua diode

theo một chiều duy nhất

Trang 16

- Cung cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp

âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn n)

- Dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền nghèo thu hẹp

- Khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,7V (với Diode loại Si) hoặc

0,3V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không

 Diode bắt đầu dẫn điện

II.1 - Phân cực thuận cho Diode

Trang 17

Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,7V )

II.1 - Phân cực thuận cho Diode

Trang 18

Khi phân cực ngược cho Diode:

+ Cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn n), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn p)

+ Dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền nghèo càng rộng ra và ngăn

cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp

II.2 – Phân cực ngược cho Diode

Trang 19

II.2 Phân cực ngược cho Diode

Vậy trong trường hợp phân cực

thuận dòng I có giá trị lớn do sự

phun hạt dẫn đa số qua tiếp giáp p-n,

ngược lại trong trường hợp phân cực

ngược dòng qua diode chỉ là dòng

ngược bão hòa Is có giá trị rất nhỏ

Điều này thể hiện tính chất van một

chiều của diode

Trang 20

Khi điện áp phân cực ngược đủ lớn đạt được giá trị điện áp đánh

thủng (UBR), dòng I tăng đột ngột nhưng điện áp U không tăng Khi đó

tiếp giáp p-n bị đánh thủng và diode mất tính chất van Có hai hiện tượng

đánh thủng chính: Đánh thủng vì nhiệt và đánh thủng vì điện

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,03 MB