Tài liệu Bài Giảng Cấu Tạo Bán Dẫn docx

Trường Đại học Thủy lợi
Bộ môn Điện kỹ thuật
Bài giảng kỹ thuật điện tử
GV: Phạm Đức Đại
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Các dụng cụ bán dẫn
1. Cơ cấu của sự dẫn điện
2. Bán dẫn thuần
3. KN: Là chất bán dẫn có độ dẫn điện nằm
giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
4. - Chất bán dẫn dùng nhiều nhất trong thực tế,
được tạo bởi các nguyên tố là Ge và Si, thuộc
nhóm IV của bảng tuần hoàn ( có bốn điện tử
ở lớp ngoài cùng).
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Ge và Si ở cột 5 của bảng tuần hoàn
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Si
• Cấu trúc nguyên tử Si
• 10 electrons ở lõi (liên kết chặt
chẽ)
• 4 electrons hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Tinh thể Si
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Liên kết hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Đặc điểm
• Tại 0K:
• Tất cả các liên kết đều được thiêt lập!
Tất cả các điện tử hóa trị đều tham gia

vào liên kết.
• Không có điện tử tự do
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Năng lượng nhiệt
Một số liên kết bị bẻ gãy xuất hiện
• Các điện tử tự do ”free” electrons (Mang
điện tích âm −1.6×10−19 C)
• Các lỗ trống ”free” holes (mang điện tích
dương, 1.6 × 10−19 C)
• Điện tử tự do và lỗ trống được gọi là các
hạt ”Free” electrons and holes are called
carriers:
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Chất bán dẫn
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Các điện tử ngoài cùng của các nguyên tử ghép
đôi, tạo nên liên kết đồng hóa trị
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Lỗ trống và điện tử
• Khi nhiệt độ tăng( tùy từng loại chất bán dẫn),
các nguyên tử dao động mạnh đến mức một số
mối liên kết có thể ngẫu nhiên bị phá vỡ, các
điện tử được giải phóng, điện tử bứt ra khỏi
liên kết để lại một lỗ trống.
• Dưới tác động của điện trường, các điện tử

chuyển động định hướng, lỗ trống được lấp
đầy bởi các điện tử liên kết lân cận, điện tử lấp
lỗ lại tạo ra một lỗ trống mới.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Tính dẫn điện của chất bán dẫn
Trong chất bán dẫn, khi đặt điện áp ngoài vào có
hai dòng chuyển động là
• Dòng chuyển động của các điện tử
• Dòng chuyển động của các lỗ trống, dòng này
ngược chiều với dòng các điện tử.
• Số lượng điện tử và lỗ trống là bằng nhau
• Dòng điện trong chất bán dẫn là tổng dòng điện
điện tử và lỗ trống
•
w
k T
p i n i A .e
 
 
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Bán dẫn loại N,P
Bằng cách thêm các nguyên tử tạp chất vào
một chất bán dẫn, chúng ta có thể điều
khiển được số lượng lỗ trống và điện
tử tham gia vào quá trình dẫn điện
trong chất bán dẫn.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Bán dẫn loại N
• Thêm vào bán dẫn Ge( hóa trị
4) với tạp chất As( hóa trị 5),

chúng ta sẽ có 4 liên kết hóa
học( liên kết cộng hóa trị), để
lại điện tử thứ 5 liên kết yếu với
nguyên tử As, dễ dàng tách ra
khỏi nguyên tử tạo thành điện
tử tự do.
• Ở nhiệt độ bình thường nồng
độ điện tử lớn hơn nồng độ lỗ
trống
• số lượng tạp chất nhỏ 1 / 10
8
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Dòng điện trong chất bán dẫn N
• Dòng điện phụ thuộc chủ yếu vào các electrons
( Negative charged) – Gọi là bán dẫn loại N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Bán dẫn loại P
• Nếu thêm vào Ge với
nguyên tử tạp chất
Boron- B( hóa trị 3), có
một liên kết thiếu 1 điện
tử để tạo thành liên kế
đồng hóa trị, chỗ thiếu
điện tử, được gọi là 1 lỗ
trống.
• B – gọi là tạp chất cho
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Dòng điện trong chất bán dẫn P
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()

Tiếp giáp P-N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Tiếp giáp P-N
• Khi hai loại chất
bán dẫn được ghép
với nhau, một qúa
trình khuyếch tán lỗ
trống và điện tử
được thực hiện. Lỗ
trống di chuyển từ
phía P sang phía
N, điện tử di
chuyển từ phía N
sang P
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Tiếp giáp P-N
U
tiếp xúc
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Tiếp giáp P-N
• Điện trường được tạo bởi hai lớp ion trái
dấu, có chiều từ phía N P, điện trường
này tạo nên dòng điện trôi qua tiếp giáp(
dòng điện gây ra bởi các hạt thiểu số)
• Dòng điện trôi của điện tử từ n sang p


• Dòng điện khuyếch tán của điện tử
kT
n p 0

I C.e I


 
kT
p n 0
I C.e I


   
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Mô phỏng hoạt động của tiếp giáp
P-N
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Phân cực thuận tiếp giáp P-N
• Cự dương của nguồn đặt vào bán dẫn P,
cực âm của nguồn đặt vao bán dẫn N
U
tiếp xúc
U
nguồn
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()
Phân cực thuận
'
T X T X n g
U U U
 
- U
TX
’ : giảm, làm tăng chuyển động khuyếch tán

 I
KT
tăng lên, đồng thời dòng điện trôi giảm
đến giá trị nhỏ không đáng kể( so với dòng điện
khuyếch tán)
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ()