Bài giảng điện tử ứng dụng ppt

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA
BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA
BÀI GI NG Ả
Đi n t ng d ngệ ử ứ ụ
Trong k thu t i u khi n công nghi pĩ ậ đ ề ể ệ
Trong k thu t i u khi n công nghi pĩ ậ đ ề ể ệ
và t ng hóaự độ
và t ng hóaự độ
GVC. T.s. Nguy n Hoàng Maiễ
GVC. T.s. Nguy n Hoàng Maiễ
nguyenhoangbak
nguyenhoangbak
2
Vùng dẫn
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
$1: Khái niệm chất bán dẫn

•
M c ch t còn g i là m c hoá tr : n ng l ng Eoứ ặ ọ ứ ị ă ượ
•
M c t do còn g i là m c d n: n ng l ng Edứ ự ọ ứ ẫ ă ượ
•
N ng l ng kích thích t i thi u: ă ượ ố ể
∆
Ed=Ed Eo–
Mức
tự do
Mức chặt

(hóa trị)
∆Ed
Ed
Eo
∆Ed
Vùng hoá trị
3
Khái niệm chất bán dẫn
•
tinh khi t c a ch t bán d n r t cao 1e+2 -:- 1e+4 nguyên t trong Độ ế ủ ấ ẫ ấ ử
m t centimet kh i Si ho c Ge (l u là có kho ng 10ộ ố ặ ư ý ả
23
nguyên t ử
Si/centimet kh iố
Vùng hoá trị
Vùng dẫn
Vùng hoá trị
∆E lớn
E
Cách điện
Vùng dẫn
Vùng hoá trị
∆E nhỏ
E
Bán dẫn điện
Vùng dẫn
E
Dẫn điện
∆E<0
Vùng

chung
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
4
•
i v i các i n t l p bên trong, nhi u lo n do các nguyên t láng gi ng gây ra Đố ớ đ ệ ử ớ ễ ạ ử ề
y u nên chúng liên k t m nh v i h t nhânế ế ạ ớ ạ
•
Các i n t l p ngoài ch u nh h ng l n c a các i n t láng gi ng nên s tách đ ệ ử ớ ị ả ưở ớ ủ đ ệ ử ề ự
m c n ng l ng x y ra trên m t vùng r ng, gây nên hi n t ng ch ng ph các m c ứ ă ượ ả ộ ộ ệ ượ ồ ủ ứ
n ng l ng lên nhau.ă ượ
•
V i Si, l p ngoài cùng c t o thành b i 2 i n t p và 2 i n t s. Khi tinh th ớ ớ đượ ạ ở đ ệ ử đ ệ ử ể
c t o thành thì các vùng do các m c 3p và 3s tách ra ch ng ph lên nhau, hai đượ ạ ứ ồ ủ
i n t 3s và hai i n t 3p t o nên m t vùng y g i là vùng hóa tr , b n v trí còn l i đ ệ ử đ ệ ử ạ ộ đầ ọ ị ố ị ạ
trên m c 3p nhóm thành m t vùng ch a bi t g i là vùng d n.ứ ộ ư ế ọ ẫ
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
5
Liên kết mạng Si
•
Liên k t c ng hoá tr c s d ng trong m ng.ế ộ ị đượ ử ụ ạ
•
N u có kích thích n ng l ng s t o ra m t ion d ng và m t i n t t doế ă ượ ẽ ạ ộ ươ ộ đ ệ ử ự
•
S l ng i n tích r t ít nên không ng d ng cố ượ đ ệ ấ ứ ụ đượ
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
6
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
7
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
8

Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
9
Điện tử phân bố theo thống kê Fermi-Dirac với xác suất chiếm
mức năng lượng:
Trong đó:
K = 8,63.10
-5
eV/K là hằng số Boltzman
T: nhiệt độ tuyệt đối
E
F
là mức năng lượng Fermi được xác định từ biểu thức:






−
+
=
KT
EE
Ef
F
exp1
1
)(
∫
∞

=
0
)()()(2 EdEfENn
n là nồng độ điện tử,
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
10
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
11
Bán dẫn pha tạp chất hoá trị 3 - loại p (plus)
•
Pha t p ch t hoá tr 3 (Al, B) t ng kh n ng thu hút i n t , ta có lo i d n i n b ng l tr ng.ạ ấ ị để ă ả ă đ ệ ử ạ ẫ đ ệ ằ ỗ ố
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
12
Bán dẫn pha tạp chất hoá trị 5 - loại n (negative)
•
Pha t p ch t hoá tr 5 (P) s t o 1 i n t d khi liên k t c ng hoá tr nên i n t này s d t do ạ ấ ị ẽ ạ đ ệ ử ư ế ộ ị đ ệ ử ẽ ễ ự
và chuy n ng trong i n tr ng t o nên dòng i n t , lo i n c g i là bán d n d n i n b ng ể độ đ ệ ườ ạ đ ệ ử ạ đượ ọ ẫ ẫ đ ệ ằ
i n t .đ ệ ử
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
13
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
14
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
15
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
16
$2. Tiếp giáp p-n và đặc tính V-A
•
Phân b h t d n, i n tr ng n i t i và i n th ti p xúc trong hai mi n bán d n p-nố ạ ẫ đ ệ ườ ộ ạ đ ệ ế ế ề ẫ
E

0
E
0
U
0
x
x
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
17
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
18
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
19
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
20
Tiếp giáp p-n phân cực ngược
•
Khi phân c c ng c, mi n cách i n c m r ng ra do i n tr ng ngoài cùng chi u Eự ượ ề đ ệ đượ ở ộ đ ệ ườ ề 0, có tác
d ng kéo các h t d n v hai phía c a l p bán d n, mi n gi a ch còn các nguyên t trung hoà tr , ụ ạ ẫ ề ủ ớ ẫ ề ữ ỉ ử ơ
i n tr cách i n c coi nh vô cùngđ ệ ở đ ệ đượ ư
•
Th c t do kích thích c a nhi t , nên m t s nguyên t s t o thành c p ion p và i n t , s gây ự ế ủ ệ độ ộ ố ử ẽ ạ ặ đ ệ ử ẽ
m t dòng rò nhi t ch y ng c c vài ch c nA(nanoAmpe= 10ộ ệ ả ượ ỡ ụ
-9
A)
E
0
E
n
U

n
Vùng nghèo
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
21
Tiếp giáp p-n phân cực thuận
•
Khi phân c c thu n, các h t d n s chuy n ng qua l i hai l p và hoà tr n vào nhau, mi n phân ự ậ ạ ẫ ẽ ể độ ạ ớ ộ ề
cách ch a y các h t d n do ó m t tính cách i n.ứ đầ ạ ẫ đ ấ đ ệ
•
i n tr c a ti p giáp p-n lúc này coi nh b ng 0, dòng i n ch y qua hoàn toàn.Đ ệ ở ủ ế ư ằ đ ệ ả
•
Nh v y, ti p giáp p-n ch cho dòng ch y qua m t chi u nh t nh.ư ậ ế ỉ ả ộ ề ấ đị
E
0 E
n
U
n
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
22
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
23
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
24
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn
25
Đặc tính V-A của tiếp giáp p-n
•
Vùng 1: vùng phân c c thu nự ậ
•
Vùng 2: vùng phân c c ng cự ượ

•
Vùng 3: vùng ánh th ng, các nguyên t bán d n b ion hoá toàn b khi i n tr ng l n, gây ra đ ủ ử ẫ ị ộ đ ệ ườ đủ ớ
hi u ng ion hoá dây chuy n do va ch mệ ứ ề ạ
I
0
I
U
1
2
3
U
t
U
0
Chương 1: Dụng cụ bán dẫn