I. Chất bán dẫn và tính chất
Nhiều chất không thể xem là kim loại hoặc điện môi (tiêu biểu là gemani và silic) được gọi là chất bán dẫn hoặc gọi tắt là bán dẫn.
Tính chất:
- Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm gọi là sự dẫn điện riêng của chất bán dẫn.
- Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.
- Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hoá khác.
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
Lấy một thỏi bán dẫn và giữ một đầu ở nhiệt độ cao, một đầu ở nhiệt độ thấp. Chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, nên đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.
- Thí nghiệm với mẫu silic pha tạp phôtpho (P), asen (As), hoặc antimon (Sb), chứng tỏ hạt tải điện trong đó mang điện âm gọi là loại n.
- Với mẫu silic pha tạp bo (B), nhôm (Al), hoặc gali (Ga), thí nghiệm chứng tỏ hạt tải điện mang điện dương gọi là loại p.
2. Êlectron và lỗ trống
Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là êlectron và lỗ trống.
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự do và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.
3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)
Bán dẫn chứa đôno (tạp chất cho) là loại n, có mật độ êlectron rất lớn so với mật độ lỗ trống. Bán dẫn chứa axepto (tạp chất nhận) là loại p, có mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ êlectron.
III. Lớp chuyển tiếp p-n
Là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
1. Lớp nghèo
Ở lớp chuyển tiếp p-n hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo. Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương và về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.
Điện trở của lớp nghèo rất lớn.
2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo
Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì lớp nghèo có hạt tải điện và trở nên dẫn điện. Vì vậy sẽ có dòng điện chạy qua lớp nghèo từ miền p sang miền n (chiều thuận). Khi đảo chiều điện trường ngoài, dòng điện không thể chạy từ miền n sang miền p (chiều ngược).
3. Hiện tượng phun hạt tải điện
Khi dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện gây ra hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác. Tuy nhiên, chúng không thể đi xa quá khoảng 0,1 mm.
IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p–n. Vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p đến n, nên khi nối nó vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều. Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu nên được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành một chiều.
V. TranZito lưỡng cực n-p-n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
1. Hiệu ứng tranzito
Xét một tinh thể bán dẫn trên đó có tạo ra một miền p và hai miền n1 và n2 như hình vẽ. Mật độ êlectron 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 (cỡ 10 V).
- Khi miền p dày: không có hiệu ứng tranzito.
- Khi miền p mỏng: có hiệu ứng tranzito.
Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito.
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 đã mô tả ở trên gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n.
Ứng dụng phổ biến nhất của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và khoá điện tử.
Page 2
SureLRN
- Tải app VietJack. Xem lời giải nhanh hơn!
Bài giảng: Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn - Cô Nguyễn Quyên (Giáo viên VietJack)
1. Chất bán dẫn và tính chất
- Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và hoạt động như một chất dẫn điện ở nhiệt độ cao.
- Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là silic và gecmani.
Quảng cáo
- Những biểu hiện quan trọng đầu tiên của chất bán dẫn:
+ Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.
+ Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất.
+ Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.
Điện trở suất của kim loại và bán dẫn tinh khiết phụ thuộc khác nhau vào nhiệt độ
2. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
Quảng cáo
a) Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
- Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n.
- Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn loại p.
b) Electron và lỗ trống
- Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.
- Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
c) Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)
- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Ta gọi chúng là tạp chất cho hay đôno. Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.
- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có ba electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto. Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.
3. Lớp chuyển tiếp p – n
Lớp chuyển tiếp p – n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
Quảng cáo
a) Lớp nghèo
- Miền bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống.
- Miền bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron tự do.
⇒ Tại lớp chuyển tiếp p – n electron tự do và lỗ trống trà trộn vào nhau.
- Khi electron gặp lỗ trống (nơi liên kết thiếu electron), nó sẽ nối lại liên kết và một cặp electron – lỗ trống sẽ biến mất.
- Ở lớp chuyển tiếp p – n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo.
- Ở lớp chuyển tiếp p – n, lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.
- Điện trở của lớp nghèo rất lớn.
b) Dòng điện chạy qua lớp nghèo
- Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì:
+ Lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy theo cùng chiều điện trường vào lớp nghèo.
+ Electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo
- Quy ước:
+ Chiều dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n (chiều thuận).
+ Chiều dòng điện không qua lớp nghèo từ p sang n (chiều ngược).
c) Hiện tượng phun hạt tải điện
- Khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p –n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Ta nói có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.
- Các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm vì cả hai miền p và n lúc này đều có electron và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau và biến mất từng cặp.
4. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
- Khi có được hai chất bán dẫn loại p và n, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp p – n ta được một điôt bán dẫn.
- Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn n khuếch tán sang vùng bán dẫn p để lấp vào các lỗ trống tạo thành lớp ion trung hòa điện, lớp này là miền cách điện.
- Nhận biết một số điôt bán dẫn:
5. Tranzito lưỡng cực n – p –n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
a) Hiệu ứng tranzito
- Xét tinh thể bán dẫn n1 – p – n2, các điện cực B, C, E.
Mật độ electron ở n2 >> mật độ lỗ trống ở p.
UBE điện áp thuận, UCE lớn (10V)
+ Khi miền p rất dày, n1 và n2 cách xa nhau:
• Lớp n1 – p phân cực ngược, RCB lớn.
• Lớp p – n2 phân cực thuận, electron phun từ n2 sang p, không tới được lớp p – n1; không ảnh hưởng tới RCB.
- Khi miền p rất mỏng, n1 và n2 rất gần nhau:
Electron từ n2 phun vào p và lan sang n1 làm cho RCB giảm đáng kể.
⇒ Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito
b) Tranziro lưỡng cực n – 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 colectơ, kí hiệu là C.
+ Cực đáy hay cực gốc hoặc bazơ, kí hiệu là B.
+ Cực phát hay emitơ, kí hiệu là E.
a - Mô hình
b - Cấu trúc thực
c – Kí hiệu của tranzito n – p - n
- Ứng dụng: lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử
Xem thêm các phần Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Ôn thi THPT Quốc gia hay, chi tiết khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack
- Hỏi bài tập trên ứng dụng, thầy cô VietJack trả lời miễn phí!
Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.
Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k5: fb.com/groups/hoctap2k5/
Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn.
dong-dien-trong-cac-moi-truong.jsp