Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

Chất bán dẫn và tính chất

Chất bán dẫn:

 Là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng.

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 (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 hóa khác.

Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

• Phân loại: Dựa vào hạt tải điện trong chất bán dẫn ta chia bán dẫ làm hai loại
  • 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

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.
• Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn là do dòng electron chuyển động có hướng sinh ra.

Tạp chất cho (đono) và tạp chất nhận (axapto)

• 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 đono. Bán dẫn có pha đono 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.

Lớp chuyển tiếp p-n

• Định nghĩa: 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.

Lớp nghèo

• Tại lớp chuyển tiếp p – n, có sự nối lại liên kết của electron và lỗ trống làm mất đi các hạt tải điện gọi là lớp nghèo.
• Tại lớp nghèo, phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm. Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

Dòng điện qua lớp nghèo

• Dòng điện qua lớp nghèo chỉ chạy từ miền p sang miền n, ta gọi lớp chuyển tiếp p – n có tính chỉnh lưu. Dòng điện qua được lớp nghèo (từ p sang n) là chiều thuận, chiều kia là chiều ngược.
• Tính chỉnh lưu: Tính chất của một phần tử điện chỉ cho dòng điện đi theo một chiều.

Hiện tượng phun hạt tải điện

Hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác là hiện tượng xảy ra khi hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện.

Điot bán dẫn và tranzito

Điot bán dẫn

• Điot bán dẫn là một lớp chuyển tiếp p – n.
• Công dụng: dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, biến mạch xoay chiều thành mạch một chiều.

Tranzito lưỡng cực n – p – n

• Hiệu ứng tranzito: là hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở R_CB.
• Tranzito lưỡng cực n – p – n là tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n₁ và n₂.
• Cấu tạo: gồm 3 cực:
  • Cực góp hay colecto, kí hiệu C.
  • Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazo, kí hiệu B.
  • Cực phát hay emito, kí hiệu E
  • Công dụng: khuếch đại tín hiệu điện.