Tạp chất cho đôno và tạp chất nhận axepto tích từ hình vẽ 17.3 ; 17.4 sgk để hướng của gv: neâu quaù trình hình thaønh eâ vaø Bán dẫn chứa tạp chất cho là -Bán dẫn chứa tạp chất cho hay [r]
Trang 1 Giáo án Vật Lý 11 – Ban cơ bản Biên soạn : Nguyễn Văn Khai - Trường THPT Cầu Quan Trang 1
Bài 17 DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN Ngày 11/9/08
I MỤC TIÊU
Thực hiện được các câu hỏi:
Chất bán dẫn là gì? Nêu những đặc điểm của chất bán dẫn? Hai loại hạt tải điện trong chất bán dẫn là gì? Lỗ trống là gì? Chất bán dẫn loại n và loại p là gì? Lớp chuyển tiếp p-n là gì? Tranzito n-pn là gì?
II CHUẨN BỊ
1 Giáo viên: + Chuẩn bị hình 17.1 và bảng 17.1 sgk ra giấy to
+ Chuẫn bị một số linh kiện bán dẫn thường dùng như điôt bán dẫn, tranzito, LED, … Nếu có linh kiện hỏng thì bóc vỏ ra để chỉ cho học sinh xem miếng bán dẫn ở linh kiện ấy
2 Học sinh: Oân tập các kiến thức quan trọng chính:
+ Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
+ Vài thông số quan trọng của kim loại như điện trở suất, hệ số nhiệt điện trở, mật độ electron tự do
III TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động 1: Oån định lớp
Hoạt động 2 : Kiểm tra bài cũ :
-Vì sao chân không không dẫn điện ? Bằng cách nào tạo được dòng điện trong chân không ?
-Tia catôt là gì ? có thể tạo ra catôt bằng cách nào ?
-Hãy kể 2 ứng dụng của tia catôt mà em biết ?
Hoạt động 3: Đặt vấn đề.
Trong công nghiệp củng như trong đời sống, các linh kiện bán dẫn có mặt khắp nơi, hay nói cách khác là sự bùng nổ công nghệ thông tin Vậy sự bùng nổ ấy bắt nguồn từ đâu ? nó bắt nguồn từ các chất bán dẫn
Hoạt động 4 : Tìm hiểu chất bán dẫn và tính chất.
-GV giới thiệu 1 số bán dẫn thông
dụng nhất và điển hình nhất
-Hướng dẫn hs nghiên cứu sgk
theo định hướng về điện trở suất
của bán dẫn và trả lời câu hỏi sau:
+ So sánh điện trở suất của bán
dẫn với điện trở suất của kim loại
với điện trở suất của điện môi ?
+ Điện trở suất của bán dẫn phụ
thuộc vào nhiệt độ như thế nào ?
+ Tính dẫn điện của bán dẫn phụ
thuộc vào tạp chất như thế nào ?
- GV chốt lại kiến thức cơ bản
-Nghe và quan sát mẫu bán dẫn
- So sánh:
đm
kl bd
-Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của bán dẫn tinh khiết rất lớn Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm
-Điện trở suất của bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất, chỉ cần 1 lượng nhỏ tạp chất cũng đủ làm điện trở suất của nó giảm đi rất nhiều Điện trở suất của bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của tác nhân ion hoá
-Nghe và ghi chép vào tập học
I Chất bán dẫn và tính chất
-Điện trở suất của các chất bán dẫn nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và chất điện môi
- Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là gecmani và silic
-Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và tạp chất
Hoạt động 5 : Tìm hiểu hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
- Gv treo hình vẽ 17.1 ; 17.2 ; 17.3
và phân tích , giới thiệu cho hs
thấy rõ:
+ Trong mạng tinh thể tinh khiết
silic, mỗi nguyên tử si liên kết với
4 nguyên tử Si gần nhất bằng cách
có chung cặp ê hoá trị
+ Khi chuyển động nhiệt, làm đứt
mối liên kết giửa 2 nguyên tử Si
tạo ra 1 ê tự do và lổ trống
-HS quan sát hvẽ, nghe gv phân tích và giới thiệu về bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
II Hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
1 Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
-Khi pha tạp chất có 5 hoá trị vào bán dẫn tinh khiết, làm số hạt ê tăng lên Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại
n
- Khi pha tạp chất có 3 hoá trị vào bán dẫn tinh khiết, làm số lổ trống tăng lên Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn
Lop11.com
Trang 2 Giáo án Vật Lý 11 – Ban cơ bản Biên soạn : Nguyễn Văn Khai - Trường THPT Cầu Quan Trang 2
+ Khi pha tạp chất có hoá trị 5(
như P, As,Sb) vào bán dẫn Si thì có
4 ê hoá trị liên kết với 4 Si gần nó
nhất, còn 1 ê trở thành ê tự do
> làm số hạt ê tăng lên và hạt
mang điện chủ yếu là ê, gọi là bán
dẫn loại n
+ Khi pha tạp chất có hoá trị 3(như
Al, Ga, B) chỉ có 3 hoá trị liên kết
với 3 Si gần nhất, còn thiếu 1 ê
liên kết nên làm tăng số lổ trống
tăng lên, số hạt mang điện chủ yếu
là lổ trống, gọi là bán dẫn loại p
Giới thiệu bán dẫn loại n và bán
dẫn loại p
-Cho biết bản chất dòng điện trong
chất bán dẫn ?
-Yêu cầu hs đọc mục II.3 và phân
tích từ hình vẽ 17.3 ; 17.4 sgk để
nêu quá trình hình thành ê và
chuyển động của nó trong chất bán
dẫn ?
-Hãy xem bảng 17.1 và trả lời C1 ?
-GV nhận xét câu trả lời của hs
-Nếu đặt vào 2 đầu bán dẫn 1 hiệu điện thế thì xuất hiện điện trường tác dụng lên: ê và lổ trống chuyển dời có hướng
-HS đọc sgk và trả lời theo định hướng của gv:
Bán dẫn chứa tạp chất cho là bán dẫn loại n, có mật độ ê rất lớn
so với mật độ lỗ trống
Bán dẫn chứa tạp chất nhận là bán dẫn loại p, có mật độ lổ trống rất lớn so với mật độ ê
-HS quan sát bảng 17.1 và trả lời câu C1
-HS ghi nhận vào vở
loại p
2 Electron và lỗ trống
-Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống
-Dòng điện trong bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường
3 Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)
-Bán dẫn chứa tạp chất cho hay đôno là bán dẫn loại n, có mật độ ê rất lớn so với mật độ lổ trống
-Bán dẫn chứa tạp chất nhận hay axepto là bán dẫn lại p, có mật độ lổ trống rất lớn
so với mật độ ê
Hoạt động 6 : Tìm hiểu lớp chuyển tiếp p-n.
Giới thiệu lớp khái niệm chuyển
tiếp p-n, sự hình thành lớp chuyển
tiếp p-n
-Hãy trả lời câu C2 ?
-Từ hình vẽ 17.5, nếu mắc nguồn
điện vào 2 đầu của bán dẫn thì
dòng điện qua bán dẫn như thế
nào?
Yêu cầu học sinh thực hiện C2
-GV kết luận về lớp nghèo và
dòng điện qua lớp nghèo
-Khi dòng điện qua lớp nghèo theo
chiều thuận thì xẩy ra hiện tượng gì
?
-Ghi nhận khái niệm lớp chuyển tiếp p-n
-Các ion+ và ion- có mặt ở lớp nghèo là do kết quả của sự ra đi của ê và lỗ trống từ các mặt bên đó vào trong lớp nghèo và tái hợp với nhau và điện trở ở lớp nghèo rất lớn
-Nếu mắc cực + nguồn điện vào bán dẫn loại p và cực – vào bán dẫn loại n thì các hạt cơ bản chuyển dời có hướng gây ra dòng điện thuận Nếu mắc ngược lại, thì lực điện trường tác dụng lên các hạt cơ bản dừng lại, còn hạt không
cơ bản chuyển động có hướng gây
ra dòng điện rất nhỏ, gọi là dòng điện nghịch Vậy dòng điện chỉ có
1 chiều qua lớp tiếp xúc từ p ->n -HS ghi nhận khái niệm vào tập vở
-Xảy ra hiện tượng phun hạt tải điện cho nhau: Phần p phun lổ trống qua n và phần n phun ê qua p
III Lớp chuyển tiếp p-n
Lớp chuyển tiếp p-n là chổ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên 1 tinh thể bán dẫn
1 Lớp nghèo dòng điện chạy qua lớp nghèo
-Lớp chuyển tiếp p-n không có hoặc có rất ích hạt tải điện, gọi là lớp nghèo Dòng diện chạy qua lớp nghèo chủ yếu từ p sang n Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n là chiều thuận, chiều từ
n sang p là chiều ngược
2 Hiện tượng phun hạt tải điện
Khi dòng điện đi qua lớp nghèo theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện
Lop11.com
Trang 3 Giáo án Vật Lý 11 – Ban cơ bản Biên soạn : Nguyễn Văn Khai - Trường THPT Cầu Quan Trang 3
-Vận dụng tính dẫn điện 1 chiều
của bán dẫn qua lớp nghèo, người
ta chế tạo thiết bị gì để biến dòng
điện xoay chiều thành dòng điện 1
chiều ?
-Hãy xem hình 17.7 về cấu hình
chỉnh lưu
- Chế tạo điôt bán dẫn để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều
-HS quan sát chiều dòng điện chạy qua R chỉ 1 chiều
Đó sự phun hạt tải điện
3.Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn.
Dòng điện chỉ chạy theo chiều thuận nên dùng lớp nghèo làm điôt bán dẫn để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1chiều
Hoạt động 7 : Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n.
-Treo hình 17.8 trên bảng
-Hãy xem hình 17.8a , ta thấy p
dày, còn n1 và n2 rất xa nhau
-Hãy phân tích sự phân cực của
các lớp ?
-Khi miền p rất mỏng, n 1 và n 2 rất
gần nhau, có sự phân cực thuận
của lớp p – n 2 và xảy ra sự phun
các hạt tải điện, sẽ có hiện tượng
gì xảy ra ? (hình 17.8b)
-Giới thiệu khái niệm tranzito
lưỡng cực ?
-Từ hình vẽ 17.9 và xem sgk, hãy
tìm hiểu cấu tạo của tranzito lưỡng
cực ?
-Hướng dẫn hs trả lời cậu C3
-Tranzito được ứng dụng để làm
gì?
-Quan sát hình vẽ trên bảng
-Lớp n1 –p phân cực ngược, chỉ có dòng ê rất nhỏ chạy từ p -> n1 và lổ trống từ p chạy ngược lại
=> R rất lớn Lớp p – n2 phân cực thuận, dòng điện chủ yếu là dòng
ê phun từ n2 -> p , các ê không tới được miền n1 – p nên không ảnh hưởng đến điện trở của miền này
-Nếu miền p mỏng, dòng ê phun từ từ n2 sang p, các ê sẽ tới được n1 –p làm điện trở của miền này bị giảm xuống, gọi là hiệu ứng tranzito
-Theo dõi và hiểu được khái niệm
-HS dựa vào hình vẽ và trả lời về cấu tạo của tranzito
-Được, đó là tranzito p-n-p
- Ứng dụng phổ biến của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và các khóa điện tử
IV Tranzito lưỡng cực n-p-n
1 Hiệu ứng tranzito
Xét một tinh thể bán dẫn trên đó có tạo
ra một miền p, và hai miền n1 và n2 Mật độ electron trong miền n2 rất lớn so với mật độ lỗ trống trong miền p Trên các miền này có hàn các điện cực C, B, E Điện thế ở các cực E, B, C giữ ở các giá trị VE = 0, VB vừa đủ để lớp chuyển tiếp
p-n2 phân cực thuận, VC có giá trị tương đối lớn (cở 10V)
- Giã sử miền p rất dày, n1 cách xa n2 Lớp chuyển tiếp n1-p phân cực ngược, điện trở RCB giữa C và B rất lớn
Lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận nhưng vì miền p rất dày nên các electron từ n2 không tới được lớp chuyển tiếp p-n1,
do đó không ảnh hưởng tới RCB
- Giã sử miền p rất mỏng, n1 rất gần n2 Đại bộ phận dòng electron từ n2 phun sang p có thể tới lớp chuyển tiếp n1-p, rồi tiếp tục chạy sang n1 đến cực C làm cho điện trở RCB giảm đáng kể
-Hiện tượng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito
-Vì đại bộ phận electron từ n2 phun vào p không chạy về B mà chạy tới cực C, nên
ta có IB << IE và IC IE Dòng IB nhỏ sinh
ra dòng IC lớn, chứng tỏ có sự khuếch đại dòng điện
2 Tranzito lưỡng cực n-p-n
- Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2 gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n
- Tranzito có ba cực:
+ Cực góp hay là côlectơ (C)
+ Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazơ (B) + Cực phát hay Emitơ (E)
- Ứng dụng phổ biến của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và các khóa điện tử
Hoạt động 8 : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
-Nhắc lại những kiến thức cơ bản đã học trong bài
-Yêu cầu học sinh về nhàthực hiện các câu hỏi làm các
bài tập trang 6, 7 sgk
-Về nhà xem bài học mới
-Nắm được những kiến thức cơ bản
-Nhận nhiệm vụ về nhà làm bài tập
-Về nhà xem bài học mới
Lop11.com
Trang 4 Giáo án Vật Lý 11 – Ban cơ bản Biên soạn : Nguyễn Văn Khai - Trường THPT Cầu Quan Trang 4
Lop11.com