Tài liệu Chất bán dẫn ppt

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (274.36 KB, 17 trang )

1. Chất bán dẫn : Bán dẫn là chất có cấu trúc nguyên tử tương đối
đặc biệt. Các điện tử vành ngoài không dễ dàng tách khỏi hạt nhân như
vật liệu dẫn điện nhưng cũng không ràng buộc quá chặt với hạt nhân như
vật liệu cách điện. Các loại bán dẫn thông dụng là Ge, Si.
Với cấu trúc như vậy nên tính dẫn điện của bán dẫn nằm giữa vật liệu
dẫn điện và vật liệu cách điện.
1. Người ta chia chất bán dẫn thành 2 loại : bán dẫn loại P và
bán dẫn loại N.
Chất bán dẫn loại P : là loại vật liệu bán dẫn hầu như không có điện tử tự
do. Nó dẫn điện nhờ lỗ trống nên được gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại
P. Trong chất bán dẫn loại P nồng độ lỗ trống cao hơn nồng độ điện tử vì vậy lỗ
trống được gọi là hạt mang đa số và điện tử là hạt mang thiểu số.
Bán dẫn loại N : là loại vật liệu bán dẫn mà hạt mang điện tử rất nhiều,
chúng là đa số. Số lượng hạt mang lỗ trống là rất ít nó là tối thiểu. Dẫn điện ở
đây chủ yếu dựa vào điện tử nên gọi là bán điện tử hay bán dẫn loại N.
Chất bán dẫn sạch : vật liệu bán dẫn thuần khiết được gọi là bán dẫn sạch.
Hạt dẫn điện của bán dẫn sạch là điện tử hoặc lỗ trống,
Lỗ trống : để làm rõ bản chất lỗ trống ta xem xét cấu trúc của Ge và Si :
trong nguyên tử ở vành ngoài cùng chúng đều có 4 điện tử .
Si: có 14 điện tử : 2 – 8 – 4 (hoá trị 4)
Ge có 32 điện tử : 2 – 8 – 18 – 4 (hoá trị 4)
Khi sắp xếp thành tinh thể, 4 điện tử vành ngoài không những không chịu ảnh
hưởng của hạt nhân mà còn liên kết với 4 nguyên tử đứng xung quanh.
• Hai nguyên tử cạnh nhau có đôi điện tử góp chung đó là mối liên
đồng hoá trị. Xem hình vẽ :
• Trong điều kiện nhất định nào đó (nhiệt độ) chuyển động nhiệt đã
làm cho một số điện tử thoát khỏi sự ràng buộc của hạt nhân trở thành
điện tử tự do và để lại một lỗ trống.
• ở lỗ trống, điện tử kế cận rơi vào đó và lại tạo nên lỗ trống mới ở
cạnh. Từ đó đã gây nên sự di chuyển của lỗ trống. Sự di chuyển này
tương tự như sự di chuyển của hạt nhân mang điện dương.

Như vậy, trong chất bán dẫn hạt mang điện là điện tử tự do mang điện âm và lỗ
trống mang điện dương. khi có điện áp đặt vào, chuyển động của điện tử tự do
và lỗ trống sẽ tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn.
Trong quá trình chuyển động có lúc điện tử và lỗ trống tái hợp.
Ở điều kiện nhất định sự phát xạ và sự tái hợp của các điện tử và lỗ trống diễn
ra không ngừng nhưng quá trình luôn ở mức cân bằng động nhất định.
Bán dẫn pha tạp chất:
Chất bán dẫn sạch có điện có điện tử tự do và lỗ trống, tuy nhiên mật độ các hạt
mang điện đó là thấp nên khả năng dẫn điện nói chung là kém.
Khi pha thêm tạp chất vào bán dẫn sạch, có khả năng làm tăng tính dẫn địen lên
rất nhiều nhờ vậy nó có nhêìu ứng dụng quan trọng.
Với Si khi pha thêm B: ( bán dẫn loại P )
B là nguyên tố hoá trị 3, có 3 điện tử vành ngoài, khi liên kết đồng hoá trị với
Si thì mỗi nguyên tử B sẽ hình thành một lỗ trống .
Vì số lượng B pha là nhỏ nên không làm thay đổi cấu trúc cơ bản của tinh thể
Si song nó lại làm tăng số lỗ trống lên rất nhiều.
Vật liệu bán dẫn loại này dẫn điện yếu nhờ lỗ trống, vì vậy lỗ trống được gọi là
hạt đa số và vật liệu bán dẫn lỗ trống được gọi là bán dẫn loại P.
Với Si pha thêm P ( bán dẫn loại N)
• Nếu khuyếch tán nguyên tố hoá trị 5 như P vào đơn tinh thể Si thì
xảy ra khác hẳn. P có 5 điện tử hoá trị, khi liên kết đồng hoá trị với Si,
chỉ 4 điện tử hoá trị của P ghép chung với Si, còn 1 điện tử của P thừa
chịu ràng buộc yếu với hạt nhân, nó trở thành điện tử tự do và là hạt dẫn
đa số.
• Chất bán dẫn này hạt dẫn đa số là điện tử, hạt mang thiểu số là lỗ
trống. Chất bán dẫn điện tử gọi là bán dẫn loại N.
2. Lớp tiếp xúc P-N:
Khi ghép 2 tấm bán dẫn P và N với nhau. Do nồng độ điện tử và lỗ trống ở 2
tấm khác nhau nên có sự khuyếch tán ngược sang nhau.
Sự khuyếch tán sẽ dừng lại khi hình thành điện trường nội đủ lớn ngăn lại sự

chuyển động của điện tử và lỗ trống .
Khi có sự cân bằng, ở lớp tiếp xúc hình thành một miền mà ở đó không có điện
tích không gian nữa ( điện tử và lỗ trống ), ở đây thiếu các hạy dẫn nên gọi là
vùng nghèo kiệt, ở điều kiện thường độ dày vùng nghèo kiệt lớp tiếp xúc này là
khoảng vài chục µm. Độ dày này có thể thay đổi tuỳ thuộc điều kiện tác động
bên ngoài như nhiệt độ, điện trường ngoài.
Ta khảo lớp tiếp xúc PN khi có tác dụng của điện trường ngoài.
• Khi có điện áp thuận đặt vào lớp PN: làm cho vung nghèo kiệt
thu hẹp lại. Sự cản trở của vùng nghèo kiệt giảm và tính dẫn điện qua
lớp tiếp xúc tăng. Có thể nói: Khi có điện áp thuận đặt vào, điện trở lớp
tiếp xúc trở nên rất nhỏ – tính dẫn điện là tốt hơn.
Như vậy, trong chất bán dẫn hạt mang điện là điện tử tự do mang điện âm và lỗtrống mang điện dương. khi có điện áp đặt vào, hoạt động của điện tử tự dovà lỗ trống sẽ tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn. Trong quy trình hoạt động có lúc điện tử và lỗ trống tái hợp. Ở điều kiện kèm theo nhất định sự phát xạ và sự tái hợp của những điện tử và lỗ trống diễnra không ngừng nhưng quy trình luôn ở mức cân đối động nhất định. Bán dẫn pha tạp chất : Chất bán dẫn sạch có điện có điện tử tự do và lỗ trống, tuy nhiên tỷ lệ những hạtmang điện đó là thấp nên năng lực dẫn điện nói chung là kém. Khi pha thêm tạp chất vào bán dẫn sạch, có năng lực làm tăng tính dẫn địen lênrất nhiều nhờ vậy nó có nhêìu ứng dụng quan trọng. Với Si khi pha thêm B : ( bán dẫn loại P. ) B là nguyên tố hoá trị 3, có 3 điện tử vành ngoài, khi link đồng hoá trị vớiSi thì mỗi nguyên tử B sẽ hình thành một lỗ trống. Vì số lượng B pha là nhỏ nên không làm đổi khác cấu trúc cơ bản của tinh thểSi tuy nhiên nó lại làm tăng số lỗ trống lên rất nhiều. Vật liệu bán dẫn loại này dẫn điện yếu nhờ lỗ trống, vì thế lỗ trống được gọi làhạt hầu hết và vật tư bán dẫn lỗ trống được gọi là bán dẫn loại P.Với Si pha thêm P. ( bán dẫn loại N ) • Nếu khuyếch tán nguyên tố hoá trị 5 như P. vào đơn tinh thể Si thìxảy ra khác hẳn. P có 5 điện tử hoá trị, khi link đồng hoá trị với Si, chỉ 4 điện tử hoá trị của P. ghép chung với Si, còn 1 điện tử của P thừachịu ràng buộc yếu với hạt nhân, nó trở thành điện tử tự do và là hạt dẫnđa số. • Chất bán dẫn này hạt dẫn hầu hết là điện tử, hạt mang thiểu số là lỗtrống. Chất bán dẫn điện tử gọi là bán dẫn loại N. 2. Lớp tiếp xúc P-N : Khi ghép 2 tấm bán dẫn P. và N với nhau. Do nồng độ điện tử và lỗ trống ở 2 tấm khác nhau nên có sự khuyếch tán ngược sang nhau. Sự khuyếch tán sẽ dừng lại khi hình thành điện trường nội đủ lớn ngăn lại sựchuyển động của điện tử và lỗ trống. Khi có sự cân đối, ở lớp tiếp xúc hình thành một miền mà ở đó không có điệntích khoảng trống nữa ( điện tử và lỗ trống ), ở đây thiếu những hạy dẫn nên gọi làvùng nghèo kiệt, ở điều kiện kèm theo thường độ dày vùng nghèo kiệt lớp tiếp xúc này làkhoảng vài chục µm. Độ dày này hoàn toàn có thể đổi khác tuỳ thuộc điều kiện kèm theo tác độngbên ngoài như nhiệt độ, điện trường ngoài. Ta khảo lớp tiếp xúc PN khi có tính năng của điện trường ngoài. • Khi có điện áp thuận đặt vào lớp PN : làm cho vung nghèo kiệtthu hẹp lại. Sự cản trở của vùng nghèo kiệt giảm và tính dẫn điện qualớp tiếp xúc tăng. Có thể nói : Khi có điện áp thuận đặt vào, điện trở lớptiếp xúc trở nên rất nhỏ – tính dẫn điện là tốt hơn .

Source: https://dvn.com.vn
Category: Điện Tử