Bài 43 - 44 : DÒNG ĐIỆN TRONG BÁN DẪN ppsx

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT
LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43
-1 /7
Tiết : ____________
Bài 43 - 44 :
DỊNG ĐIỆN TRONG BÁN DẪN
I. MỤC TIÊU :
 Hiểu được các tính chất điện đặc biệt của bán dẫn làm cho nó được xếp vào một loại vật dẫn riêng, khác với các vật dẫn quen thuộc là kim loại.
 Hiểu được các hạt tải điện là electron tự do và lỗ trống là cơ chế tạo thành các hạt tải điện đó trong bán dẫn tinh khiết.
 Hiểu được tác dụng của vật chất có thể làm thay đổi một cách cơ bản tính chất điện của bán dẫn. Bằng cách pha tạp chất thích hợp, người ta có thể
tạo nên bán dẫn loại n và loại p và nồng độ hạt tải mong muốn.
 Hiểu được sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n và giải thích được tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p – n.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề
III. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC : Tranh vẽ và mơ hình thí nghiệm chất bán dẫn
IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY

Phần làm việc của Giáo Viên
Phân phối
thời gian
Nội dung ghi bảng Tổ chức ,điều khiển
Hoạt đơng của học sinh Ghi chú
1. Kiểm tra
bài cũ và
kiến thức cũ
liên quan với
bài mới
(3’)
1. Trả lời câu hỏi SGk
2. Làm bài tập SBTVL 11
Kiểm tra và đánh giá

2. Nghiên
cứu bài mới
I. Tính chất điện của bán dẫn
a. Giới thiệu
Bán dẫn điển hình và được dùng phổ biến nhất là silic (Si).
Ngồi ra, còn có các bán dẫn đơn chất khác như Ge, Se,
các bán dẫn hợp chất nhu GaAs, CdTe,ZnS …. Nhiều ơxit,
sunfua, sêlenua, telurua…
b. Tính chất khác biệt so với kim loại.
Tính chất điện của bán dẫn
Gv :
Cho học sinh thấy rõ các tính chất đặc trưng
của bán dẫn và sự khác biệt của bán dẫn so
với vật liệu điện đã quen thuộc như kim loại
,điện mơi.
Cần nhấn mạnh sự giảm rõ rệt của điện trở
Cá nhân suy nghĩ.
Ghi nhớ.







TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT
LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43
-2 /7
 Điện trở suất  của bán dẫn có giá trị trung gian giữa

kim loại và điện mơi (hình 43,1)
 Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng
(hình 43.2). Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất
kém (giống như điện mơi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn
điện khá tốt (giống như kim loại).
 Tính chất điện của bán dẫn phu thuộc rất mạnh vào
các tạp chất có mặt trong tinh thể.
II. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết :
1. Cấu tạo : Chất bán dẫn có cấu tạo sao cho trong mạng
tinh thể chỉ có một loại ngun tử .
2. Khảo sát sự dẫn điện của bán dẫn Si
a Cấu tạo bán dẫn Si : Lớp êlectron ngồi cùng của
ngun tử Si có bốn êlectron Trong tinh thể, mỗi ngun
tử Si liên kết với bốn ngun tử ngun tử lân cận thơng
qua các liên kết cộng hố trị. Như vậy, xung quanh mỗi
ngun tử Si có tám êlectron, tạo thành lớp êlectron đầy
 liên kết giữa các ngun tử trong tinh thể Si rất bền
vững
b Sự hình thành các hạt mạng điện
 Hạt mang điện tự do :
- Ở nhiệt độ thấp, các liên kết cộng hóa trị trong mạng tinh
thể của chất bán dẫn tinh khiết rất bền nên khơng có hạt
mang điện tự do.
- Ở nhiệt độ cao, một số liên kết cộng hóa trị trong mạng
tinh thể của chất bán dẫn tinh khiết bị phá vỡ, giải phóng
một số electron và để lại một số lỗ trống mang điện tích
dương.
 Kết luận : Ở nhiệt độ cao hạt mang điện tự do trong
chất bán dẫn tinh khiết là electron và lỗ trống mang
điện tích dương.

suất bán dẫn khi nhiệt độ tăng và ảnh hường
mạnh của tạp chất ( loại tạp chất và lượng
tạp chất) lên tính chất dẫn điện của bán dẫn
(loại hại tải điện và số lượng hạt tải, điện trở
suất…). Cần nêu các tính chất này để chuẩn
bị cho việc giải thich chúng trong các phần
sau.
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Khi khảo sát sự dẫn điện của bán dẫn,cầm
làm cho học sinh hiểu trong bán dẫn có hai
loại hạt tải điện, đó là electron tự do và lỗ
trống. Cơ chế hình thành các hạt tải điện
trong bán dẫn cần được làm rõ, vì đây chính
là nguồn gốc của sự khác biệt của bán dẫn
và kim loại.
Bán dẫn mà ta xét là những vật rắn có cấu
tạo tinh thể. Căn cứ vào cấu tạo tinh thể của
bán dẫn silic, có thể thấy là ở nhiệt độ thấp,
electron bị liên kết chặt chẽ với ngun tử
và do đó khơng có electron tự do; vì vậy bán
dẫn là một điện mơi. Ơû đây có thể liên hệ
với các kiến thức hố học : Khi lớp điện tử
ngồi cùng là lớp đầy, thì ngun tử rất khó
tham gia các phản ứng hóa học, tức là ít có
khả năng mất bớt hay nhận thêm electron.
Chính sự kết hợp của các ngun tử silic
thành tinh thể Si thơng qua các mối liện kế
cộng hóa trị đã tạo nên tính huống là quanh
mỗi ngun tử Si dường như có 8 electron,
tức là có một lớp electron đầy.

Muốn bực electron ra khỏi ngun tử để
thành eclectron tự do, tham giavào sự dẫn



T
p

O

Bán dẫn

Kim loại

Điện trở suất của kim loại và bán dẫn
phụ thuộc khác nhau vào nhiệt độ


Nguyên tử Si có bốn êlectron hóa trò

Tinh thể Si ở nhiệt độ rất thấp thì
không có hạt mang diện tự do

Si

Si

Si
Si

Tinh thể Si ở nhiệt độ tương đối cao
có sự phát sinh êlectron -
lỗ trống
Si
Si
Si

Si

Lỗ trống

êlectron
tự do


TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT
LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43
-3 /7
 Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết :
-Khi khơng có điện trường ngồi đặt vào tinh thể bán
dẫn : các electron và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạn
 trong bán dẫn khơng có dòng điện.
- Khi có điện trường ngồi đặt vào tinh bán dẫn : các
electron chuyển động ngược chiều điện trường, còn lỗ
trống chuyển động theo chiều điện trường  trong bán
dẫn có dòng điện.
 Kết luận : Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng

chuyển dời có hướng đồng thời của các electron và lỗ
trống dưới tác dụng của điện trường ngồi.
III. Sự dẫn điện của bán dẫn chứa tạp chất
a Bán dẫn loại n :
Giả sử pha vào tinh thể silic một lượng rất nhỏ các
ngun tử P. Ngun tử P có 5 electron ở lớp ngồi cùng,
4 electron trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị
với 4 ngun tử silic ở gần còn electron thứ 5 của P thì
liên kết rất yếu với hạt nhân và dễ dàng tách khỏi ngun
tử để trở thành electron tự do.
 Kết quả :
- Mật độ electron rất lớn so với mật độ lỗ trống  bán dẫn
loại n.
- Trong bán dẫn loại n hạt mang điện cơ bản là electron,
còn lỗ trống là hạt mang điện khơng cơ bản.
b Bán dẫn loại p :
Giả sử pha vào tinh thể silic một lượng rất nhỏ các ngun
tử B. Ngun tử B có 3 electron ở lớp ngồi cùng, 3
electron này tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 3
ngun tử silic ở gần. Vậy ngun tử B còn thiếu 1
electron để tham gia vào liên kết với ngun tử silic ở gần.
Do đó nó sẽ chiếm 1 electron của 1 ngun tử gần nhất,
điện, thì cần tốn năng lượng. Có thể tăng
năng lượng bằng cách tăng nhiệt độ của tinh
thể, tức là làm tăng nội năng của nó. Do vậy,
khi nhiệt độ trên OK, đã có một vài
eclectron thu được năng lượng cần thiết.
Nhiệt độ càng cao, càng có nhiều electron
thốt khỏi liện kết.
Khái niệm vể lỗ trống làn đầu tiên được học

sinh biết đến. Cách giải thích như trong
SGK về sự tạo thành lỗ trống là một là một
cách giải thích đơn giản, giúp cho học sinh
dể hình dung. ( Muốn giải thích đày đủ
chính xác về lỗ trống, cần sử dụng lí thuyết
dãy năng lượng). Học sinh cần thấy là trong
bán dẫn tinh khiết, mỗi khi có một electron
tự do được tạo thành thì cũng có một lỗ
trống xuất hiện. Vì thế ta nói có sự phát sinh
các cặp electron – lỗ trống.
Qúa trình ngược lại là sự tái hợp, làm mất đi
từng cặp electron lỗ trống. Ở mỗi nhiệt độ,
có sự cân bằng động giữa sự phát sinh và tái
hợp, làm cho số cặp electron – lỗ trống.
Trong bán dẫn có một giá trị xác định (
người ta hay nói là mật độ cặp electron – lỗ
trống, tức là số cặp trong một đơn vị thể tích
bán dẫn, có giá trị xác định). Nhiệt độ càng
cao, số electron và lỗ trống càng lớn, do đó
điện trở suất càng nhỏ, bán dẫn dẫn điện
càng tốt. Có thể sự dụng cơng thức (25.5) về
mật độ dòng điện để nói rõ hơn về điều này.
Nếu đặt một hiệu điện thế xác định vào mẫu
bán dẫn, thì khi nhiệt độ tăng, mật độ hạt tải


Suy nghĩ và thảo luận
nhóm.

Cá nhân xây dựng bài học.
Thảo luận nhóm và trả lời.









Tạp chất P tạo thêm êlectron
Si
Si
P
+

Si

êlectron
tự do

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT
LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43
-4 /7
electron vừa đi ra đã để lại sau nó 1 lỗ trống.
 Kết quả :
- Mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ electron  bán dẫn
loại p.
- Trong bán dẫn loại p, hạt mang điện cơ bản là lỗ trống
còn electron là hạt mang điện khơng cơ bản.
IV. Lớp tiếp xúc giữa 2 loại bán dẫn p và n :
a Sự hình thành lớp chuyển tiếp p - n
Khi có 2 loại bán dẫn p và n đặt tiếp xúc nhau thì có sự
khuyếch tán electron tự do từ phần bán dẫn n sang p và lỗ
trống khuyếch tán từ phần bán dẫn p sang n, kết quả là ở
mặt phân cách giữa 2 bán dẫn hình thành một lớp tiếp xúc
tích điện dương về phía bán dẫn n và tích điện âm về phía
bán dẫn p. Do đó trong lớp tiếp xúc có điện trường E
hướng từ n sang p làm ngăn cản sự khuyếch tán của các hạt
mang điện. Do có sự khuyếch tán nói trên nên số hạt mang
điện cơ bản ở sát hai bên của lớp tiếp xúc giảm đi nên điện
trở của lớp tiếp xúc rất lớn.
b Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n :
- Khi nối bán dẫn loại p vào cực dương, bán dẫn loại n
vào cực âm của nguồn điện. Điện trường E do nguồn điện
tạo ra hướng từ p sang n làm cho hạt mang điện cơ bản di
chuyển qua lớp tiếp xúc, nên có dòng điện thuận qua lớp
tiếp xúc.
- Khi nối bán dẫn loại n vào cực dương, bán dẫn loại p vào
cực âm của nguồn điện. Điện trường E do nguồn điện tạo

ra hướng từ n sang p làm cho hạt mang điện cơ bản khơng
di chuyển qua lớp tiếp xúc, chỉ có hạt mang điện khơng cơ
bản đi qua lớp tiếp xúc tạo ra dòng điện có cường độ rất
nhỏ gọi là dòng điện ngược.
Kết luận : Lớp tiếp xúc p-n chỉ dẫn điện theo một chiều từ
điện n
0
tăng lên mạnh làm j tăng mạnh, ứng
với điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh.
Nếu xét như vậy với kim loại, thì khi nhiệt
độ tăng, nồng độ electron tự do n
0
khơng
đổi, nhưng
u

lại giảm vì va chạm của
electron với các nút mạng tinh thể tăng lên ;
kết qủa là j giảm, ứng với điện trở suất của
kim loại tăng lên ;kết qủa là j giảm, ứng với
điêd5n trở suất của kim loại tăng lên.đây
cũng là câu trả lời cho H
1

Ne chiếu ánh sáng thích hợp vào bán dẫn,
ta có thể cung cấp năng lượng đủ để tạo
thành cặp electron – lỗ trống. Như vậy, ánh
sáng làm tăng nhiệt độ hạt tải điện, và làm
tăng độ dẫn điện của bán dẫn.
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất đối với

tính chất dẫn điện của bán dẫn : Tạp chất
làm thay đổi loại hạt tải điện cơ bản trong
bán dẫn và nồng độ hạt tải điện cơ bản trong
bán dẫn và nồng độ hạt tải điện. Do hiểu
được cơ chế của hiện tượng này, nên trong
kỹ thuật, người ta có thể chủ động pha các
tạp chất thích hợp để thu được các bán dẫn
có tính chất mong muốn.
Khi tạp chất có mặt trong tinh thể, tính chất
liên kết của ngun tử hợp chất khác với
liên kết của các ngun tử bán dẫn chủ. Điều
đó có thể dẫn đến sự tạo thành điện tử
electron tự do hoặc lỗ trơng tùy theo loại tạp
chất. Tong SGK, ta xét hai trường hợp điển
hình và hay gặp nhất đó là bán dẫn Si pha
với P với B. từ đây, GV làm cho học sinh



Tạp chất B tạo
thêm lỗ trống

Si
Si
B
-

Si

Lỗ trống

Ghi nhớ.








Theo dõi SGK và trả lời
câu hỏi.




Tham gia đóng góp xây
dựng bài.




TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT
LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43

-5 /7
p sang n. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết



p

n

p

n

Sự hình thành lớp chuyển tiếp p
-
n
E
t





p

n

Lớp chuyển tiếp p
–
n mắc vào

nguồn điện theo chiều thuận
E
t
E
n









hiểu được rằng, tạp chất làm hình thành các
hạt tải chỉ thuộc một loại, mà khơng phải là
cặp electron lỗ trống như trong bán dẫn tinh
khiết.
Cần chú ý rằng trong các trương hợp thơng
thường, khi ta xét ở nhiệt độ phòng, thì
trong bán dẫn đã có electron tự do và lỗ
trống được tạo thành, gây nên sự dẫn điện
riêng của bán dẫn. Tuy nhiên, với bán dẫn Si
thì ở nhiệt độ phòng, nồng độ electron rỗng
và nồng độ do sự dẫn điện riêng là rất thấp.
Chính vì vậy mà chỉ cần một lượng tạp chất
rất nhò, thì số hạt tải một số nào đó tăng lên
nhiều lần so với số hạt tải loại loại đó trong
sự dẫn điện riêng. Kết qủa là số hạt tải loại
này lớn hơn rất nhiều so với loại hạt tải trái

dấu với nó, và trở thành hạt tải điện đa số.
Để hiễu về điều này một cách định lượng, có
thể sử dụng và khai thác bài tập 1
Lớp chuyển tiếp p – n
Khi khảo sát sự hình thành lớp chuyểp tiếp p
– n, cẩn đặc biệt nhấn mạnh đến sự khác
nhau về nồng độ electron và lỗ trống ở hai
bên lớp chuyển tiếp. Chính sự chênh lệch
nồng độ đã dẫn đến sự khếch tán ưu tiên của
mỗi loại hạt tải theo một chiều : lỗ trống từ
phía bán dẫn p sang phía n, electron từ phía
n sang phía p. sự khếch tán theo chiều ngược
nhau của hai loại mang điện tích trái dấu dẫn
đến sự hình thành điện trường trong
t
E

ở
lớp chuyển tiếp, có tác dụng ngăn cản sự





Ghi nhớ.

Ghi nhớ.









Ghi nhớ.




Xem SGK.


TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT
LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43
-6 /7

c Đặc trưng vơn-ampe của lớp chuyển tiếp p-n
Khảo sát sự biến thiên của cường độ dòng điện theo hiệu
điện thế, ta có thể thu được đường đặc trưng vơn ampe của
lớp chuyển tiếp p-n như trên hình 43.10 .
Tính chất của lớp chuyển tiếp p-n được ứng dụng trong nhiều
dụng cụ bán dẫn như điơt, tranzito…Ï




I

O
U


khếch tán. Điện trường tron đạt giá trị ổn
định khi hai xu hướng cân bằng nhau.
Ơû hai bên lớp chuyển tiếp được mắc vào
nguồn điện ngồi, trạng thái cân bằng bị
thay đổi. Nếu lớp chuyển tiếp được phân cực
thuận, sự chuyển động của các hạt tải cơ bản
qua lớp chuyển tiếp được tăng cường, tạo
nên dòng điện thuận có cường độ lớn. Nếu

lớp chuyển tiếp được phân cực ngược, sự
chuyển động của các hạt tải cơ bản qua lớp
chuyển tiếp được tăng cường, nhưng cường
độ dòng điện ngược là rất nhỏ. Vậy lớp
chuyển tiếp chỉ dẫn điện một cách đáng kể
theo nột chiều.
Khi giảng về đường đặc trưng Vơn – Ampe,
của lớp chuyển tiếp p – n, cần giải thích cho
học sinh biết nó cho ta những thơng tin gì về
độ lớn và chiều của dòng điện qua lớp
chuyển tiếp, qua đó nói về tác dụng chỉnh
lưu của lớp chuyển tiếp. Có thể cho học sinh
biết qua về cách xác định đường đặc trưng
Vơn – Ampe bằng thực nghiệm. Điều này sẽ
được tìm hiểu kĩ hơn và được thực hiện
trong bài thực hành bài 46

3. Củng cố
bài giảng
Dặn dò của
học sinh


u cầu nhắc lại :
Nhấn mạnh các nội dung quan trọng .
Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK
Chuẩn bị bài mới” Dụng cụ bán dẫn “
HS tư lưc

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT

LÝ 11
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 43
-7 /7
(5’)