Lý thuyết Vật lý 11 Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Lý thuyết Vật Lý 11 Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

I. Chất bán dẫn và đặc tính

Nhiều chất không thể được coi là kim loại hoặc chất điện môi (điển hình là gemium và silicon) được gọi là chất bán dẫn hay gọi tắt là chất bán dẫn.

Thiên nhiên:

– Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi tăng nhiệt độ, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở âm, hệ số này gọi là độ dẫn điện riêng của chất bán dẫn.

Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc nhiều vào các tạp chất.

– Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đi đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác động bởi các tác nhân ion hóa khác.

II. Tích điện cho 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, đầu kia ở nhiệt độ thấp. Chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, do đó, đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.

– Thí nghiệm với các mẫu silic pha tạp photpho (P), asen (As), antimon (Sb) cho thấy hạt tải điện trong nó mang điện tích âm gọi là hạt loại n.

– Với một mẫu silic có pha tạp chất bo (B), nhôm (Al), hoặc gali (Ga), thí nghiệm cho thấy hạt mang điện tích dương được gọi là hạt p.

2. 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 sự dịch chuyển có hướng của các êlectron tự do và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.

3. Tạp chất cho (cho) và tạp chất nhận (acepto)

Chất bán dẫn chứa tạp chất cho (tạp chất donor) là loại n, có mật độ electron rất lớn so với mật độ lỗ trống. Chất bán dẫn chứa acepto (tạp chất nhận) là loại p, có mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ electron.

III. Lớp chuyển tiếp pn

Chỗ nối của miền dẫn p và miền dẫn n được tạo ra trên tinh thể bán dẫn.

1. Hạng nghèo

Trong tiếp giáp pn, một lớp không có hạt tải điện được hình thành, được gọi là lớp nghèo. Trong lớp nghèo, ở phía bán dẫn n có các ion cho mang điện tích dương và ở phía bán dẫn p có các ion axepto mang điện tích âm.

Sức cản của lớp kém rất lớn.

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Nếu đặt một điện trường có hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì lớp kém thu được hạt tải điện và trở nên dẫn điện. Do đó, sẽ có dòng điện chạy qua lớp nghèo từ miền p sang miền n (chiều thuận). Khi điện trường ngoài đổi chiều, dòng điện không thể chạy từ miền n sang miền p (chiều ngược lại).

3. Hiện tượng phun hãng sạc

Khi dòng điện chạy qua tiếp giáp pn theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể tiếp tục sang vùng ngược lại, làm cho hạt tải điện phun từ miền này sang miền khác. Tuy nhiên, chúng không thể đi xa hơn khoảng 0,1 mm.

IV. Điốt bán dẫn và mạch chỉnh lưu sử dụng điốt bán dẫn

Diode bán dẫn về cơ bản là tiếp giáp ap-n. Vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điốt theo chiều từ p đến n nên khi mắc vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều. Ta nói rằng nên dùng điốt bán dẫn chỉnh lưu để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành điện một chiều.

V. Tranzito lưỡng cực npn. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

1. Hiệu ứng bóng bán dẫn

Xét một tinh thể bán dẫn trên đó có một miền p và hai miền n. miền được hình thànhĐầu tiên và N2 như hình vẽ. Mật độ electron trong n. miền2 rất lớn so với mật độ lỗ trống trong miền p. Ở những vùng này, các điện cực C, B và E được hàn. Điện thế tại các đầu cuối E, B và C được giữ ở các giá trị V.E = 0, VGỠ BỎ vừa đủ cho lớp chuyển tiếp pn2 thiên vị về phía trước,CŨ giá trị tương đối lớn (khoảng 10 V).

– Khi miền p dày: không có tác dụng của tranzito.

– Khi miền p mỏng: có hiệu ứng tranzito.

Tác dụng của dòng điện từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng bóng bán dẫn.

Hình a: Khi miền p dày: không có hiệu ứng bóng bán dẫnHình b: Khi miền p mỏng: có hiệu ứng tranzito

2. npn. bóng bán dẫn lưỡng cực

Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra miền p rất mỏng nằm giữa hai miền n. các miềnĐầu tiên và N2 được mô tả ở trên được gọi là bóng bán dẫn lưỡng cực npn.

Ứng dụng phổ biến nhất của bóng bán dẫn là lắp đặt mạch khuếch đại và công tắc điện tử.

xem thêm Giải bài tập Vật Lí 11: Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Đăng bởi: Trường ĐH KD & CN Hà Nội

Chuyên mục: Vật lý lớp 11, Vật lý 11