Điện Tử - Kỹ Thuật Mạch Điện Tử part 3 docx

15


Hình 1.9. Hệ tự động điều chỉnh
• Khi
∆
U = 0, ta có T
x
= T
ch
. (U
x
= U
ch
)
đố
i t
ượ
ng
đ
ang
ở
tr
ạ
ng thái mong mu
ố
n,
nhánh thông tin ng
ượ
c không ho

ạ
t
độ
ng.
• Khi
∆
U > 0 (U
x
> U
ch
) T
x
> T
ch
h
ệ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh làm gi
ả
m T
x
.
• Khi
∆
U < 0 T

x
< T
ch
h
ệ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh làm t
ă
ng T
x
. quá trình
đ
i
ề
u ch
ỉ
nh T
x
ch
ỉ

ng
ừ
ng khi
∆

U = 0.
c)
Độ
m
ị
n (chính xác) khi
đ
i
ề
u ch
ỉ
nh ph
ụ
thu
ộ
c vào:
•
Độ
chính xác c
ủ
a quá trình bi
ế
n
đổ
i t
ừ
T
ch
thành U
ch

•
Độ
phân d
ả
i c
ủ
a ph
ầ
n t
ử
so sánh (
độ
nh
ỏ
c
ủ
a
∆
U)
•
Độ
chính xác c
ủ
a quá trình bi
ế
n
đổ
i T
x

thành U
x

• Tính ch
ấ
t quán tính c
ủ
a h
ệ
.
d) Có th
ề

đ
iêu ch
ỉ
nh liên t
ụ
c theo th
ờ
i gian (analog) hay gián
đ
o
ạ
n theo th
ờ
i gian mi
ễ
n
sao

đạ
t
đượ
c giá tr
ị
trung bình mong
đợ
i.
Ph
ươ
ng pháp digital cho phép, ti
ế
t ki
ệ
m n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a h
ệ
và ghép n
ố
i v
ớ
i h
ệ

th

ố
ng t
ự

độ
ng tính toán.
e) Chú ý r
ằ
ng, thông th
ườ
ng n
ế
u ch
ọ
n m
ộ
t ng
ưỡ
ng U
ch
ta nh
ậ
n
đượ
c k
ế
t qu
ả
là h
ệ

đ
i
ề
u khi
ể
n có hành
độ
ng hay không tùy theo U
x

đ
ang l
ớ
n h
ơ
n hay nh
ỏ
h
ơ
n U
ch
(và do
đ
ó tham s
ố
v
ậ
t lý c
ầ

n theo dõi
đ
ang l
ớ
n h
ơ
n hay nh
ỏ
h
ơ
n giá tr
ị
ng
ưỡ
ng
đị
nh s
ẵ
n t
ừ

tr
ướ
c). Khi ch
ọ
n
đượ
c hai m
ứ
c ng

ưỡ
ng U
chl
v
ă
U
ch2
h
ệ
s
ẽ
hành
độ
ng m
ỗ
i khi U
x
n
ằ
m
l
ọ
t vào trong kho
ả
ng hai giá tr
ị
ng
ưỡ
ng ho
ặ

c ng
ượ
c l
ạ
i,
đ
i
ề
u này mang ý ngh
ĩ
a th
ự
c t
ế

h
ơ
n c
ủ
a m
ộ
t h
ệ
t
ự

độ
ng
đ
i

ề
u ch
ỉ
nh. Tr
ườ
ng h
ợ
p v
ớ
i m
ộ
t m
ứ
c ng
ưỡ
ng, h
ệ
mang ý
ngh
ĩ
a dùng
để

đ
i
ề
u khi
ể
n tr
ạ

ng thái (hành vi) c
ủ
a
đố
i t
ượ
ng.

16

Chương 2
KỸ THUẬT TƯƠNG TỰ
2.1. CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN - PHẦN TỬ MỘT MẶT GHÉP P-N
2.1.1. Chất bán dẫn nguyên chất và chất bán dẫn tạp chất
a - C
ấ
u trúc vùng n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a ch
ấ
t r
ắ
n tinh th
ể

Ta

đ
ã bi
ế
t c
ấ
u trúc n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a m
ộ
t nguyên t
ử

đứ
ng cô l
ậ
p có d
ạ
ng là các
m
ứ
c r
ờ
i r
ạ
c. Khi
đư

a các nguyên t
ử
l
ạ
i g
ầ
n nhau, do t
ươ
ng tác, các m
ứ
c này b
ị
suy
bi
ế
n thành nh
ữ
ng d
ả
i g
ố
m nhi
ề
u m
ứ
c sát nhau
đượ
c g
ọ
i là các vùng n

ă
ng l
ượ
ng.
Đ
ây
là d
ạ
ng c
ấ
u trúc n
ă
ng l
ượ
ng
đ
i
ể
n hình c
ủ
a v
ậ
t r
ắ
n tinh th
ể
.
Tùy theo tình tr
ạ
ng các m

ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng trong m
ộ
t vùng có b
ị

đ
i
ệ
n t
ử
chi
ế
m ch
ỗ

hay không, ng
ườ
i ta phân bi
ệ
t 3 lo
ạ
i vùng n
ă
ng l
ượ

ng khác nhau:
- Vùng hóa tr
ị
(hay còn g
ọ
i là vùng
đầ
y), trong
đ
ó t
ấ
t c
ả
các m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng
đề
u
đ
ã
b
ị
chi
ế
m ch
ỗ

, không còn tr
ạ
ng thái (m
ứ
c) n
ă
ng l
ượ
ng t
ự
do.
- Vùng d
ẫ
n (vùng tr
ố
ng), trong
đ
ó các m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng
đề
u còn b
ỏ
tr
ố
ng hay ch

ỉ
b
ị

chi
ế
m ch
ỗ
m
ộ
t ph
ầ
n.
- Vùng c
ấ
m, trong
đ
ó không t
ồ
n t
ạ
i các m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng nào
để

đ
i
ệ
n t
ử
có th
ể
chi
ế
m
ch
ỗ
hay xác su
ấ
t tìm h
ạ
t t
ạ
i
đ
ây b
ằ
ng 0.
Tùy theo v
ị
trí t
ươ
ng
đổ
i gi

ữ
a 3 lo
ạ
i vùng k
ể
trên, xét theo tính ch
ấ
t d
ẫ
n
đ
i
ệ
n
c
ủ
a mình, các ch
ấ
t r
ắ
n c
ấ
u trúc tinh th
ể

đượ
c chia thành 3 lo
ạ
i (xét
ở

0
0
K) th
ể
hi
ệ
n
trên hình 2.1.








Hình 2.1: Phân loại vật rắn theo cấu trúc vùng năng lượng
al Chất cách điện Eg > 2eV ; b) Chất bán dẫn điện 0 < Eg ≤
≤≤
≤ 2eV; c) Chất dẫn điện
Chúng ta
đ
ã bi
ế
t, mu
ố
n t
ạ
o dòng
đ

i
ệ
n trong v
ậ
t r
ắ
n c
ầ
n hai quá trình
đồ
ng th
ờ
i:
quá trình t
ạ
o ra h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do nh
ờ

đượ
c kích thích n
ă
ng l
ượ
ng và quá trình chuy

ể
n
độ
ng có h
ướ
ng c
ủ
a các h
ạ
t d
ẫ
n
đ
i
ệ
n này d
ướ
i tác d
ụ
ng c
ủ
a tr
ườ
ng. D
ướ
i
đ
ây ta xét
t
ớ

i cách d
ẫ
n
đ
i
ệ
n c
ủ
a ch
ấ
t bán d
ẫ
n nguyên ch
ấ
t (bán d
ẫ
n thu
ầ
n) và ch
ấ
t bán d
ẫ
n t
ạ
p
ch
ấ
t mà
đ
i

ể
m khác nhau ch
ủ
y
ế
u liên quan t
ớ
i quá trình sinh (t
ạ
o) các h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do
trong m
ạ
ng tinh th
ể
.
Vùng d
ẫ
n

Vùng hóa tr
ị


Vùng hóa tr

ị

Vùng d
ẫ
n

Vùng hóa tr
ị

Vùng d
ẫ
n
Vùng c
ấ
m Eg
0 < Eg
≤
≤≤
≤
2eV
a)
Vùng c
ấ
m Eg
b) c)

17

b- Chất bán dẫn thuần
Hai ch

ấ
t bán d
ẫ
n thu
ầ
n
đ
i
ể
n hình là Gemanium (Ge) và Silicium (Si) có c
ấ
u trúc
vùng n
ă
ng l
ượ
ng d
ạ
ng hình 2.1b v
ớ
i Eg = 0,72eV và Eg = 1,12eV, thu
ộ
c nhóm b
ố
n
b
ả
ng tu
ầ
n hoàn Mendeleep. Mô hình c

ấ
u trúc m
ạ
ng tinh th
ể
(1 chi
ề
u) c
ủ
a chúng có
d
ạ
ng hình 2.2a v
ớ
i b
ả
n ch
ấ
t là các liên k
ế
t ghép
đ
ôi
đ
i
ệ
n t
ử
hóa tr
ị

vành ngoài.
Ở

0
K
chúng là các ch
ấ
t cách
đ
i
ệ
n. Khi
đượ
c m
ộ
t ngu
ồ
n n
ă
ng l
ượ
ng ngoài kích thích, x
ả
y ra
hi
ệ
n t
ượ
ng ion hóa các nguyên t
ử

nút m
ạ
ng và sinh t
ừ
ng c
ặ
p h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do:
đ
i
ệ
n t
ử

b
ứ
t kh
ỏ
i liên k
ế
t ghép
đ
ôi tr
ở
thành h

ạ
t t
ự
do và
để
l
ạ
i 1 liên k
ế
t b
ị
khuy
ế
t (l
ỗ
tr
ố
ng).
Trên
đồ
th
ị
vùng n
ă
ng l
ượ
ng nh
ư
hình 2.2b,
đ

i
ề
u này t
ươ
ng
ứ
ng v
ớ
i s
ự
chuy
ể
n
đ
i
ệ
n
t
ử
t
ừ
1 m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng trong vùng hóa tr
ị
lên 1 m

ứ
c trong vùng d
ẫ
n
để
l
ạ
i 1 m
ứ
c t
ự

do (tr
ố
ng) trong vùng hóa tr
ị
. Các c
ặ
p h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do này, d
ướ
i tác d
ụ
ng c
ủ

a 1 tr
ườ
ng
ngoài hay m
ộ
t Gradien n
ồ
ng
độ
có kh
ả
n
ă
ng d
ị
ch chuy
ể
n có h
ướ
ng trong lòng tinh th
ể

t
ạ
o nên dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ

t bán d
ẫ
n thu
ầ
n.

K
ế
t qu
ả
là:
1) Mu
ố
n t
ạ
o h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n thu
ầ
n c
ầ
n có n

ă
ng l
ượ
ng kích thích
đủ
l
ớ
n E
kt
≥ E
g

2) Dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n thu
ầ
n g
ồ
m hai thành ph
ầ
n t
ươ
ng
đươ

ng nhau do
qúa trình phát sinh t
ừ
ng c
ặ
p h
ạ
t d
ẫ
n t
ạ
o ra (ni = Pi).
c - Chất bán dẫn tạp chất loại n
Ng
ườ
i ta ti
ế
n hành pha thêm các nguyên t
ử
thu
ộ
c nhóm 5 b
ả
ng Mendeleep vào
m
ạ
ng tinh th
ể
ch
ấ

t bán d
ẫ
n nguyên ch
ấ
t nh
ờ
các công ngh
ệ

đặ
c bi
ệ
t, v
ớ
i n
ồ
ng
độ

kho
ả
ng 10
10

đế
n 10
18
nguyên t
ử
/cm

3
. Khi
đ
ó các nguyên t
ử
t
ạ
p ch
ấ
t th
ừ
a m
ộ
t
đ
i
ệ
n t
ử

vành ngoài, liên k
ế
t y
ế
u v
ớ
i h
ạ
t nhân, d
ễ

d
ạ
ng b
ị
ion hóa nh
ờ
m
ộ
t ngu
ồ
n n
ă
ng l
ượ
ng
y
ế
u t
ạ
o nên m
ộ
t c
ặ
p ion d
ươ
ng t
ạ
p ch
ấ
t –

đ
i
ệ
n t
ử
t
ự
do. Ngoài ra, hi
ệ
n t
ượ
ng phát
sinh h
ạ
t d
ẫ
n gi
ố
ng nh
ư
c
ơ
ch
ế
c
ủ
a ch
ấ
t bán d
ẫ

n thu
ầ
n v
ẫ
n x
ẩ
y ra nh
ư
ng v
ớ
i m
ứ
c
độ

y
ế
u h
ơ
n. Trên
đồ
th
ị
vùng n
ă
ng l
ượ
ng, các m
ứ
c n

ă
ng l
ượ
ng t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i này (g
ọ
i là
Si Si Si
Si Si Si
Si Si Si
+
Vïng dÉn
n
i

p
i

Vïng ho¸ trÞ
1,12eV
a)
b)
Hình 2.2: a) Mạng tinh thể một chiều của Si. b) Cấu trúc vùng năng lượng

18

t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i n hay lo
ạ
i cho
đ
i
ệ
n t
ử
- Donor) phân b
ố
bên trong vùng c
ấ
m, n
ằ
m sát
đ
áy
vùng d
ẫ
n ( kho
ả
ng cách vài % eV).

K
ế
t qu
ả
là trong m
ạ
ng tinh th
ể
t
ồ
n t
ạ
i nhi
ề
u ion d
ươ
ng c
ủ
a t

ạ
p ch
ấ
t b
ấ
t
độ
ng và
dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i n g
ồ
m hai thành ph
ầ
n không b
ằ
ng nhau t
ạ
o ra:
đ
i
ệ

n
t
ử

đượ
c g
ọ
i là lo
ạ
i h
ạ
t d
ẫ
n
đ
a s
ố
có n
ồ
ng
độ
là n
n
, l
ỗ
tr
ố
ng - lo
ạ
i thi

ể
u s
ố
có n
ồ
ng
độ

p
n
(chênh nhau nhi
ề
u c
ấ
p: n
n
>>p
n
).
d - Chất bán dân tạp chất loại p
N
ế
u ti
ế
n hành pha t
ạ
p ch
ấ
t thu
ộ

c nhóm 3 b
ả
ng tu
ầ
n hoàn Mendeleep vào tinh
th
ể
ch
ấ
t bán d
ẫ
n thu
ầ
n ta
đượ
c ch
ấ
t bán d
ẫ
n t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i p v
ớ
i
đặ
c

đ
i
ể
m ch
ủ
y
ế
u là
nguyên t
ử
t
ạ
p ch
ấ
t thi
ế
u m
ộ
t
đ
i
ệ
n t
ử
vành ngoài nên liên k
ế
t hóa tr
ị
(ghép
đ

ôi) b
ị

khuy
ế
t, ta g
ọ
i
đ
ó là l
ỗ
tr
ố
ng liên k
ế
t, có kh
ả
n
ă
ng nh
ậ
n
đ
i
ệ
n t
ử
, khi nguyên t
ử
t

ạ
p ch
ấ
t
b
ị
ion hóa s
ẽ
sinh ra
đồ
ng th
ờ
i 1 c
ặ
p: ion âm t
ạ
p ch
ấ
t - l
ỗ
tr
ố
ng t
ự
do. M
ứ
c n
ă
ng
l

ượ
ng t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i p n
ằ
m trong vùng c
ấ
m sát
đỉ
nh vùng hóa tr
ị
(Hình 2.3b) cho phép
gi
ả
i thích cách sinh h
ạ
t d
ẫ
n c
ủ
a ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ

i này. Trong m
ạ
ng tinh th
ể
ch
ấ
t bán
d
ẫ
n t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i p t
ồ
n t
ạ
i nhiêu ion âm t
ạ
p ch
ấ
t có tính ch
ấ
t
đị
nh x
ứ
t

ừ
ng vùng và
dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ậ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i p g
ồ
m hai thành ph
ầ
n không t
ươ
ng
đươ
ng nhau: l
ỗ

tr
ố
ng
đượ
c g
ọ
i là các h

ạ
t d
ẫ
n
đ
a s
ố
,
đ
i
ệ
n t
ử
h
ạ
t thi
ể
u s
ố
, v
ớ
i các n
ồ
ng
độ
t
ươ
ng
ứ
ng

là p
p
và n
p
(p
p
>>n
p
).
e- Vài hiện tượng vật lí thường gặp
Cách sinh h
ạ
t d
ẫ
n và t
ạ
o thành dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n th
ườ
ng liên quan
tr
ự
c ti

ế
p t
ớ
i các hi
ệ
n t
ượ
ng v
ậ
t lí sau:
Hiện tượng ion hóa nguyên tử (c
ủ
a ch
ấ
t t
ạ
p ch
ấ
t) là hi
ệ
n t
ượ
ng g
ắ
n li
ề
n v
ớ
i quá
trình n

ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a các h
ạ
t. Rõ ràng s
ố
h
ạ
t sinh ra b
ằ
ng s
ố
m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng b
ị

chi
ế
m trong vùng d
ẫ
n hay s
ố

m
ứ
c b
ị
tr
ố
ng trong vùng hóa tr
ị
. K
ế
t qu
ả
c
ủ
a v
ậ
t lý th
ố
ng
kê l
ượ
ng t
ử
cho phép tính n
ồ
ng
độ
các h
ạ
t này d

ự
a vào hàm th
ố
ng kê Fermi – Dirac:
Vïng dÉn


Vïng ho¸ trÞ
⊕

⊕

Møc t¹p chÊt lo¹i n

a)
Vïng dÉn

Vïng ho¸ trÞ

Møc t¹p chÊt lo¹i p

−

−



b)
Hình 2.3: Đồ thị vùng năng lượng a) bán dẫn loại n; b) bán dẫn loại p

19

∫
=
max
C
E
E
N(E)F(E)dEn

∫
=
V
min
E
E
N(E)F(E)dEp (2-1)
v
ớ
i n,p là nòng
độ

đ
i
ệ
n t
ử
trong vùng d
ẫ
n và l

ỗ
tr
ố
ng trong vùng hóa tr
ị
.
E
c
là m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a
đ
áy vùng d
ẫ
n,
E
v
là m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng c

ủ
a
đỉ
nh vùng hóa tr
ị
,
E
max
là tr
ạ
ng thái n
ă
ng l
ượ
ng cao nh
ấ
t c
ủ
a
đ
i
ệ
n t
ử
,
E
min
là tr
ạ
ng thái n

ă
ng l
ượ
ng th
ấ
p nh
ấ
t c
ủ
a l
ỗ
tr
ố
ng,
N
(E)
là hàm m
ậ
t
độ
tr
ạ
ng thái theo n
ă
ng l
ượ
ng,
F
(E)
là hàm phân b

ố
th
ố
ng kê h
ạ
t theo n
ă
ng l
ượ
ng.
Theo
đ
ó ng
ườ
i ta xác
đị
nh
đượ
c:
)
KT
EE
exp(Nn
Fc
c
−
−= )
KT
EE
exp(Np

VF
V
−
= (2-2)
v
ớ
i N
c
, N
v
là m
ậ
t
độ
tr
ạ
ng thái hi
ệ
u d
ụ
ng trong các vùng t
ươ
ng
ứ
ng E
F
là m
ứ
c th
ế

hóa
h
ọ
c (m
ứ
c Fermi).
K
ế
t qu
ả
phân tích cho phép có các k
ế
t lu
ậ
n ch
ủ
y
ế
u sau:
•
Ở
tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng, tích s
ố
n
ồ
ng

độ
hai lo
ạ
i h
ạ
t d
ẫ
n là m
ộ
t h
ằ
ng s
ố
(trong b
ấ
t kì
ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i nào)
n
n
. p
n
= p
p
n

p
= n
i
p
i
= n
i
2

= N
C
N
V
exp( - E
g
/KT ) = const (2-3)
ngh
ĩ
a là vi
ệ
c t
ă
ng n
ồ
ng
độ
1 lo
ạ
i h
ạ

t này luôn kèm theo vi
ệ
c gi
ả
m n
ồ
ng
độ
t
ươ
ng
ứ
ng
lo
ạ
i h
ạ
t kia.
Trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i n có n
n
> > n
i
>>p
p

do
đ
ó s
ố

đ
i
ệ
n t
ử
t
ự
do luôn b
ằ
ng s
ố

l
ượ
ng ion d
ươ
ng t
ạ
p ch
ấ
t: n
n
= N
D
+

. T
ươ
ng t
ự
, trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i p có p
p
>> n
i

>> n
p
) do
đ
ó s
ố
l
ỗ
tr
ố
ng luôn b
ằ
ng s
ố
l

ượ
ng ion âm t
ạ
p ch
ấ
t: p
p
= N
A
-
-
Hiện tượng tái hợp của
các
hạt dẫn
Hi
ệ
n t
ượ
ng sinh h
ạ
t d
ẫ
n phá h
ủ
y tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng nhi
ệ

t
độ
ng h
ọ
c c
ủ
a h
ệ
h
ạ
t
(n.p
≠
n
i
2
).

Khi
đ
ó ng
ườ
i ta th
ườ
ng quan tâm t
ớ
i s
ố
gia t
ă

ng n
ồ
ng
độ
c
ủ
a các h
ạ
t thi
ể
u
s
ố
vì chúng có vai trò quy
ế
t
đị
nh t
ớ
i nhi
ề
u c
ơ
ch
ế
phát sinh dòng
đ
i
ệ
n trong các d

ụ
ng
c
ụ
bán d
ẫ
n. Hi
ệ
n t
ượ
ng tái h
ợ
p h
ạ
t d
ẫ
n là quá trình ng
ượ
c l
ạ
i, liên quan t
ớ
i các
chuy
ể
n d
ờ
i
đ
i

ệ
n t
ử
t
ừ
m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng cao trong vùng d
ẫ
n v
ề
m
ứ
c th
ấ
p h
ơ
n trong
vùng hóa tr
ị
. Hi
ệ
n t
ượ
ng tái h
ợ

p làm m
ấ
t
đ
i
đồ
ng th
ờ
i 1 c
ặ
p h
ạ
t d
ẫ
n và
đư
a h
ệ
h
ạ
t v
ề

l
ạ
i 1 tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng m

ớ
i.
Khi
đ
ó, trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i n, là s
ự
tái h
ợ
p c
ủ
a l
ỗ
tr
ố
ng v
ớ
i
đ
i
ệ
n t
ử
trong
đ

i
ề
u
ki
ệ
n n
ồ
ng
độ

đ
i
ệ
n t
ử
cao:








−=
p
t
∆p(0)exp∆p(t)
τ
(2-4)

Ở đây:
∆
p(t) là mức giảm của lỗ trống theo thời gian.

20


∆
∆∆
∆
p(0) là số lượng lỗ trống lúc t = 0 (có được sau 1 quá trình sinh hạt)
τ
p
là thời gian sống của lố trống trong chất bán dẫn loại n (là khoảng thời gian
trong đó nồng độ lỗ trống dư giảm đi e lần)
∆
n(t) =
∆
n(o)exp(-t/
τ
p
) (2-5)
Các thông số
τ
p
và
τ
n
quyết định tới các tính chất tần số (tác động nhanh) của các
dụng cụ bán dẫn. Dưới tác dụng của điện trường, hạt dẫn tự do chuyển động định

hướng có gia tốc tạo nên 1 dòng điện (gọi là dòng trôi) với vận tốc trung bình tỉ lệ với
cường độ E của trường:
v
tb
=
µ
E Suy ra v
tbn
= - n
µ
n
E (2-6)
v
tbp
=
µ
p
E
Trong đó
µ
p,
µ
n
là các hệ số tỉ lệ gọi là độ linh động của các hạt dẫn tương ứng
(với chất bán dẫn tạp chất chế tạo từ Ge có
µ
n
= 3800 cm
2
/ V.s ;

µ
p
= 1800 cm
2
/V.s,
từ Si có
µ
n
= 1300 cm
2
/V.s ;
µ
p
= 500cm
2
/V.s).
Từ đó, mật độ dòng trôi gồm hai thành phần:
I
trôin
= - q . n . v
tbn
(2=7)
với q là điện tích các hạt.
I
trôip
= q . p . v
tbp

hay dòng trôi toàn phần I
trôi

= I
trôin
+ I
trôip

I
trôi
= qE(
µ
n
n +
µ
p
p) (2-8)
- Chuyển động khuếch tán của các hạt dẫn
Do có sự chênh lệch vế nồng độ theo không gian, các hạt dẫn thực hiện chuyển
động khuếch tán từ lớp có nồng độ cao tới lớp có nồng độ thấp. Mật độ dòng khuếch
tán theo phương giảm của nồng độ có dạng:
I
ktn
= q . D
n
( - dn/dx ) = q . D
n
. dn/dx (2-9)
I
ktp
= q . D
p
( - dp/dx ) = - q . D

p
. dp/dx (2-10)
với D
n
và D
p
là các hệ số tỉ lệ gọi là hệ số khuếch tán của các hạt tương ứng.
Người ta chứng minh được các tính chất sau:
D =
µ
KT/q = U
T
.
µ
(hệ thức Einstein) .
Trong đó U
T
là thế nhiệt (U
T

≈
25mv ở nhiệt đô phòng T = 296
o
K)
D
n

τ
n
= L

n
2
; D
p

τ
p
= L
p
2

Trong đó L
n’
L
p
là quãng đường khuếch tán của hạt (là khoảng cách trong đó
nồng độ hạt khuếch tán giảm đi e lần theo phương khuếch tán) đó cũng chính là
quãng đường trung bình hạt dịch chuyển khuếch tán được trong thời gian sống của
nó.

21

2.1.2. Mặt ghép p-n và tính chỉnh lưu của đốt bán dẫn
a
–
Mặt ghép p-n khi chưa
có
điện áp ngoài

Khi cho hai đơn tinh thể bán đẫn tạp chất loại n và loại p tiếp xúc công nghệ với

nhau, các hlện tượng vật lí xảy ra tại nơi tiếp xúc là cơ sở cho hầu hết các dụng cụ
bán dẫn điện hiện đại.
Hình 2.4 biểu diễn mô hình lí tưởng hóa một mặt ghép p-n khi chưa có điện áp
ngoài đặt vào. Với giả thiết ở

nhiệt độ phòng, các nguyên tử tạp chất đã bị ion hóa
hoàn toàn (n
n
= N
+
D
; p
p
= N
-
A
). Các hiện tượng xảy ra tại nơi tiếp xúc có thể mô tả
tóm tắt như sau:
Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ (n
n
>>n
p
và p
p
>>p
n
) tại vùng tiếp xúc có hiện
tượng khuếch tán các hạt đa số qua nơi tiếp giáp, xuất hiện 1 dòng điện khuếch tán I
kt

hướng từ p sang n. Tại

vùng lân cận hai bên mặt tiếp xúc, xuất hiện một lớp điện tích
khối do ion tạp chất tạo ra, trong đó nghèo hạt dẫn đa số và có điện trở lớn (hơn nhiều
cấp so với các vùng còn lại), do đó đồng thời xuất hiện 1 điện trường nội bộ hướng từ
vùng N (lớp ion dương N
D
) sang vùng P (lớp ion âm N
A
) gọi là điện trường tiếp xúc
E
tx
.
Người ta nói đã xuất hiện 1 hàng rào điện thế hay một hiệu thế tiếp xúc U
tx
. Bề dầy
lớp nghèo l(0) phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, nếu N
A
= N
D
) thì l(0) đối xứng qua mặt
tiếp xúc : l
on
= l
op
; thường N
A
>>N
D
nên l

on
>>l
op
và phần chủ yếu nằm bên loại bán dẫn
pha tạp chất ít hơn (có điện trở suất cao hơn). điện trường E
tx
cản trở chuyển động
của đòng khuếch tán và gây ra chuyển động gia tốc (trôi) của các hạt thiểu số qua
miền tiếp xúc, có chiều ngược lại với dòng khuếch tán. Quá trình này tiếp diễn sẽ dẫn
p n
p n
⊕
⊕⊕
⊕

−
−−
−

I
kt

I
tr

E
tx

u
tx

Anèt

K tèt

Hình 2.24: Mặt ghép p- n khi chưa có điện trường ngoài