Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Chào mừng cô và các bạn đến với phần thuyết trình của nhóm 3

Dòng điện trong các môi trường:
Trong kim loại
Trong chất điện phân
Trong chất khí
Trong
chân không
Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn
I. Chất bán dẫn
1. Khái niệm chất bán dẫn
Chất bán dẫn là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
Ví dụ: Chất bán dẫn như: Genami (Ge), Silic (Si), ...
Genami
Silic
2.Phân loại chất bán dẫn
I. Chất bán dẫn


Bán
dẫn
Chất bán dẫn có tạp chất: GaAs, CdTe, ZnS, nhiều oxit, sunfua, selenua, telurua,… và một số chất polime.
Chất bán dẫn tinh khiết (bán dẫn đơn chất): Si, Ge,…
I. Chất bán dẫn
3. Tính chất
ρ(Kim loại)<ρ(Bán dẫn)<ρ(Điện môi)
Điện trở suất của kim loại nằm trong khoảng trung gian giữa kim lọai và điện môi
3. Tính chất
Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ
Ở nhiệt độ cao, ρ bán dẫn nhỏ → Dẫn điện tốt
Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ:
Ở nhiệt độ thấp, ρ bán dẫn lớn → Dẫn điện kém
Chất bán dẫn ở nhiệt độ thường không có các hạt tải điện tự do.
Không dẫn điện
Điện trở suất lớn
Khi nhiệt độ tăng cao, chất bán dẫn hình thành các loại hạt tải điện tự do. Do đó, số hạt tải điện tự do tăng đột ngột.
Điện trở suất của chúng giảm đột ngột
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
I. Chất bán dẫn
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
 
Nguyên tử Si có
4 electron hóa trị
2 nguyên tử Si
và cặp elctron chung
Ở nhiệt độ thấp, các electron hóa trị gắn bó chặt chẽ với các nguyên tử ở nút mạng.
-> Không có electron tự do
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Si
Si
Si
Si
electron
Lỗ trống
Sự phát sinh các cặp
electron –
lỗ trống
Khi nhiệt độ tăng cao (Bị kích thích)
Sự phát sinh các cặp
electron –
lỗ trống
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
E
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
1. Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Khi có điện trường đặt vào chất bán dẫn
Các eletron chuyển động ngược chiều điện trường
các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
=> Tạo ra dòng điện trong chất bán dẫn
Dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển động có hướng của các electron và lỗ trống:
+ Electron chuyển động ngược chiều điện trường
+ Lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
2. Dòng điện trong chất bán dẫn chứa tạp chất
Bán dẫn có tạp chất được chia làm 2 loại:
Bán dẫn loại n.
Bán dẫn loại p.
a. Bán dẫn loại n
Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Photpho
Nguyên tử P gồm 5e lớp ngoài cùng
Si
Si
Si
Si
Si
P
Electron dư thừa dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử
Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm các electron tự do mà không làm tăng số lỗ trống.
Ta gọi: electron là hạt tải điện cơ bản (hay đa số), lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản (hay thiểu số).
Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn electron hay bán dẫn loại n.
II.Dòng điện trong chất bán dẫn
2. Dòng điện trong chất bán dẫn chứa tạp chất
b. Bán dẫn loại p
Thí nghiệm: Pha vào tinh thể Silic 1 lượng rất nhỏ các nguyên tử Bo.
Nguyên tử B gồm 3 e hóa trị
Si
B
Lỗ trống tạo nên do nguyên tử Bo thiếu một electron liên kết với một nguyên tử Sillic lân cận.
Một electron ở liên kết gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết trống này và tạo thành một lỗ trống mới.
Si
Si
Si
Si
Si
B
Như vậy, tạp chất Bo pha vào bán dẫn Sillic đã tạo thêm lỗ trống, làm cho số lỗ trống nhiều hơn số electron dẫn.
Ta gọi lỗ trống là hạt tải điện cơ bản (hay hạt tải điện đa số), electron là hạt tải điện không cơ bản (hay hạt tải điện thiểu số).
Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại p.
Bán dẫn n
Là bán dẫn tạp chất có hạt tải điện mang điện âm.

Khi pha các nguyên tố có 5e hoá trị vào mẫu Silic thì e- thứ 5 của nguyên tử tạp trở thành e- tự do trong tinh thể BD, giúp nó dẫn điện ngay ở nhiệt độ thấp.

Bán dẫn p
Là bán dẫn tạp chất có hạt tải điện mang điện dương.

Khi pha các nguyên tố có 3e hoá trị vào mẫu silicmỗi nguyên tử tạp sẽ lấy một e-liên kết của nguyên tử Silic lân cận và sinh ra một lỗ trống mang điện dương, giúp BD dẫn điện ngay ở nhiệt độ thấp.
So sánh bán dẫn loại n và loại p
III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền bán dẫn loại p và miền bán loại n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
n
p
Lớp chuyển tiếp p-n (lớp nghèo hạt tải điện, gọi tắt là lớp nghèo).
E
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n
III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n
Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền bán dẫn loại p và miền bán loại n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
n
p
Lớp chuyển tiếp p-n (lớp nghèo hạt tải điện, gọi tắt là lớp nghèo).
E
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
TH1: Upn > 0
Có sự dịch chuyển các hạt mang điện cơ bản, kết quả là xuất hiện một dòng điện đáng kể qua khối bán dẫn từ p sang n, gọi là dòng điện thuận, hiệu điện thế đặt vào gọi là hiệu điện thế thuận.



III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
2. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
TH2: Upn < 0
Sự di chuyển các hạt mang điện đa số bị ngăn cản + khuyến khích sự di chuyển của các hạt mang điện không cơ bản -> xuất hiện dòng điện rất nhỏ qua khối bán dẫn từ n sang p
=> Dòng điện ngược, hiệu điện thế đặt vào đó gọi là hiệu điện thế 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 -> Hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.
* Đặc tuyến vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p-n
- Khi khảo sát sự biến thiên của I theo U thu được đường đặc tuyến vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p-n như sau:
III. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
- Điôt bán dẫn à một lớp chuyển tiếp p-n
- Kí hiệu của điôt và đặc tuyến vôn-ampe của điôt:
- Ứng dụng: lắp mạch chỉnh lưu, biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều .
IV. Ứng dụng
1) Ứng dụng của bán dẫn tinh khiết
Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng
=> Ứng dụng: Làm nhiệt điện trở
Điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp.
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
 Vì vậy điốt được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
 2.Ứng dụng của chất bán dẫn loại p và n

IV. Ứng dụng
Ưu điểm của các dụng cụ bán dẫn là kích thước nhỏ, tiết kiệm được năng lượng, chỉ cần nguồn có hiệu điện thế thấp, bền vững về mặt cơ học, thời gian sử dụng được dài, ….
Một số loại dụng cụ bán dẫn thường được sử dụng:
_ Điốt bán dẫn
_ Trandito hay còn gọi là triot bán dẫn.
_ Nhiệt điện trở bán dẫn (rêdisto)
_ Quang điện trở bán dẫn (phôtôrêdistô)
_ Vi mạch điện tử
IV. Ứng dụng
IV. ỨNG DỤNG CỦA LINH KIỆN BÁN DẪN
Hệ thống báo cháy có sử dụng redisto
Điôt phát quang led
Hình dáng cua Điôt zener