bài 23 dòng điện trong chất bán dẫn

BÀI 23:
BÀI 23:
DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN
DẪN
Nhóm thuyết trình:
Nhóm 3
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fih level
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fih level
Ảnh bên trình bày các linh
kiện bán dẫn: điôt tranzito, vi
m ch,…. Chúng có mặt trong ạ
mọi thiết bò điện tử dùng trong
đời sống và trong khoa học, kó
thuật.
I
I
II
II
III
III
IV
IV
Tính chất điện của bán dẫn

Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Lớp chuyển tiếp p-n
II
II
III
III
IV
IV
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Lớp chuyển tiếp p-n
I
I
Tính chất điện của bán dẫn

Bán dẫn điển hình và dùng phổ biến là silic (Si)

Một số bán dẫn đơn chất: Ge, Se

Một số bán dẫn hợp chất: GaAs, CdTe, ZnS,… , nhiều oxit, sunfat, sêlenua,
telurua,… và một số chất pôlime.

Bán dẫn điển hình và dùng phổ biến là silic (Si)

Một số bán dẫn đơn chất: Ge, Se

Một số bán dẫn hợp chất: GaAs, CdTe, ZnS,… , nhiều oxit, sunfat, sêlenua,
telurua,… và một số chất pôlime.
Bán dẫn điển hình và dùng phổ biến là gì?

Kể tên một số bán dẫn đơn chất?
Kể tên một số bán dẫn hợp chất?
Bán dẫn điển hình và dùng phổ biến là gì?
Kể tên một số bán dẫn đơn chất?
Kể tên một số bán dẫn hợp chất?
Chất bán dẫn là chất có điện trở suất ρ nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại
và chất điện môi.
Chất bán dẫn là chất có điện trở suất ρ nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại
và chất điện môi.
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn là gì?
ρ(Ω.m)
10
20
10
15
10
10
10
5
10
0
10
-5
10
-10
Kim loại
Kim loại
Bán dẫn
Bán dẫn

Điện môi
Điện môi
I
I
Tính chất điện của bán dẫn
Tính chất điện của bán dẫn
Tính chất điện của bán dẫn
Bán dẫn có những tính chất khác biệt nào so với kim loại?
Bán dẫn có những tính chất khác biệt nào so với kim loại?

Điện trở suất ρ của bán dẫn có giá trò trung gian giữa kim loại và điện môi.

Điện trở suất ρ của bán dẫn có giá trò trung gian giữa kim loại và điện môi.
I
I
Tính chất điện của bán dẫn
Tính chất điện của bán dẫn
Tính chất điện của bán dẫn

Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng.
* Ở nhiệt độ thấp: bán dẫn d n điện rất kém (giống điện môi).ẫ
* Ở nhiệt độ cao: bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống kim loại).

Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng.
* Ở nhiệt độ thấp: bán dẫn d n điện rất kém (giống điện môi).ẫ
* Ở nhiệt độ cao: bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống kim loại).

Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc rất mạnh vào các tạp chất có mặt trong tinh
thể.


Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc rất mạnh vào các tạp chất có mặt trong tinh
thể.
III
III
IV
IV
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Lớp chuyển tiếp p-n
I
I
Tính chất điện của bán dẫn
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Silic là nguyên tố có hóa trò 4, tức là lớp electron ngoài cùng của Si có 4 electron.
Silic là nguyên tố có hóa trò 4, tức là lớp electron ngoài cùng của Si có 4 electron.
Xét trường hợp bán dẫn điển hình là Si. Nếu trong mạng tinh thể chỉ có một loại
nguyên tử là Si thì ta gọi đó là bán dẫn tinh khiết.
Xét trường hợp bán dẫn điển hình là Si. Nếu trong mạng tinh thể chỉ có một loại
nguyên tử là Si thì ta gọi đó là bán dẫn tinh khiết.
Bán dẫn tinh khiết là gì?
Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Trong tinh thể, mỗi nguyên tố Si liên kết với 4 nguyên tố lân cận thông qua liên
kết cọâng hóa trò.

Xung quanh mỗi nguyên tử Si có 8 electron, tạo thành lớp electron đầy.


Liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể Si rất bền vững.
Trong tinh thể, mỗi nguyên tố Si liên kết với 4 nguyên tố lân cận thông qua liên
kết cọâng hóa trò.

Xung quanh mỗi nguyên tử Si có 8 electron, tạo thành lớp electron đầy.

Liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể Si rất bền vững.
Ở nhiệt độ thấp, gần 0
0
K, các electron hóa trò gắn bó chặt chẽ với các nguyên tử ở
nút mạng.
 Trong tinh thể không có hạt tải điện tự do, bán dẫn Si không dẫn điện.
Ở nhiệt độ thấp, gần 0
0
K, các electron hóa trò gắn bó chặt chẽ với các nguyên tử ở
nút mạng.
 Trong tinh thể không có hạt tải điện tự do, bán dẫn Si không dẫn điện.
Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Ở nhiệt độ tương đối cao, do dao động nhiệt một số electron hóa trò thu thêm năng
lượng và được giải phóng khỏi các liên kết, trở thành các electron tự do, đồng thời xuất
hiện các lỗ trống. Các lỗ trống mang điện tích dương.
 Bán dẫn dẫn điện.
Ở nhiệt độ tương đối cao, do dao động nhiệt một số electron hóa trò thu thêm năng
lượng và được giải phóng khỏi các liên kết, trở thành các electron tự do, đồng thời xuất
hiện các lỗ trống. Các lỗ trống mang điện tích dương.

 Bán dẫn dẫn điện.
Si Si
Si SiSi
Si
Electron tửù do
Electron tửù do
Loó troỏng
Loó troỏng
Quaự trỡnh phaựt sinh caởp electron loó troỏng
Quaự trỡnh phaựt sinh caởp electron loó troỏng
Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết
Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết

Ở nhiệt độ cao, ngoài sự phát sinh ra các cặp electron – lỗ trống, bên cạnh đó luôn
xảy ra quá trình tái hợp electron – lỗ trống.

Có sự cân bằng giữa quá trình phát sinh và quá trình tái hợp.

Ở nhiệt độ cao, ngoài sự phát sinh ra các cặp electron – lỗ trống, bên cạnh đó luôn
xảy ra quá trình tái hợp electron – lỗ trống.

Có sự cân bằng giữa quá trình phát sinh và quá trình tái hợp.
Si Si
Si SiSi
Si Si
SiSi
Si

Quaù trình taùi sinh caëp electron – loã troáng
Quaù trình taùi sinh caëp electron – loã troáng
Xem thí nghi m sau, nh n xét về chiều chuyển động của electron và lỗ trống?ệ ậ
Xem thí nghi m sau, nh n xét về chiều chuyển động của electron và lỗ trống?ệ ậ
Bản chất dòng điện trong bán dẫn tinh khiết
Bản chất dòng điện trong bán dẫn tinh khiết
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
E
ur
Si Si
Si SiSi
Si Si
SiSi
Si
Khi có điện trường đặt vào, electron chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống
chuyển động thuận chiều điện trường.
 Gây nên dòng điện trong bán dẫn.
Khi có điện trường đặt vào, electron chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống
chuyển động thuận chiều điện trường.
 Gây nên dòng điện trong bán dẫn.
Thế nào là dòng điện trong bán dẫn?
Thế nào là dòng điện trong bán dẫn?
Dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của electron và lỗ trống.
Dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của electron và lỗ trống.
Bản chất dòng điện trong bán dẫn tinh khiết
Bản chất dòng điện trong bán dẫn tinh khiết
II
II

Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết

Ở bán dẫn tinh khiết, số electron và số lỗ trống bằng nhau.

Sự dẫn điện trong trường hợp này gọi là sự dẫn điện riêng của bán dẫn. Bán dẫn
tinh khiết còn được gọi là bán dẫn loại i.

Ở bán dẫn tinh khiết, số electron và số lỗ trống bằng nhau.

Sự dẫn điện trong trường hợp này gọi là sự dẫn điện riêng của bán dẫn. Bán dẫn
tinh khiết còn được gọi là bán dẫn loại i.

Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.
Người ta ứng dụng sự phụ thuộc mạnh của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ để làm
nhiệt điện trở bán dẫn.

Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.
Người ta ứng dụng sự phụ thuộc mạnh của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ để làm
nhiệt điện trở bán dẫn.

Cặp electron – lỗ trống còn phát sinh khi ta chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp
vào bán dẫn.

Điện trở suất cuả bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Hiện tượng quang dẫn và được ứng dụng để làm quang điện trở bán dẫn, điện trở
của nó giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào tăng.

Cặp electron – lỗ trống còn phát sinh khi ta chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp
vào bán dẫn.


Điện trở suất cuả bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Hiện tượng quang dẫn và được ứng dụng để làm quang điện trở bán dẫn, điện trở
của nó giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào tăng.
IV
IV
Lớp chuyển tiếp p-n
I
I
Tính chất điện của bán dẫn
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
III
III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
III
III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Nếu bán dẫn Si có pha tạp chất, tức là ngoài các nguyên tử Si, còn có các nguyên tử
khác. Khi đó tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều.
Cùng với sự dẫn điện riêng, còn có sự dẫn điện tạp chất.
Có hai loại:

Bán dẫn loại n.

Bán dẫn loại p.
III
III

Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Bán dẫn loại n
Bán dẫn loại n
Giả sử trong mạng tinh thể Si có lẫn một nguyên tử photpho. Nguyên tử P có 5
electron ở lớp ngoài.
4 trong 5 electron của nguyên tử P tham gia liên kết cộng hóa trò với các nguyên tử
Si ở xung quanh. Electron còn lại liên kết yếu với nguyên tử P.

Khi ở nhiệt độ cao, nó có thể dễ dàng bứt khỏi nguyên tử P và trở thành electron tự
do.

Nguyên tử P trở thành ion dương.
P
Electron bò taùch
khoûi nguyeân töû.
Electron bò taùch
khoûi nguyeân töû.
Si
Si
Si
SiSi
Si
Si
Si
P
+
Quan sát hình sau và nhận xét về
số electron và lỗ trống trong mạng
tinh thể có lẫn tạp chất P?
III

III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Bán dẫn loại n
Bán dẫn loại n
Tạp chất P đã tạo nên thêm các electron, mà không làm tăng thêm số lỗ trống.
 Bán dẫn Si pha P có số electron dẫn nhiều hơn số lỗ trống.
Ta gọi:

Electron là hạt tải điện cơ bản hay đa số.

Lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản hay thiểu số.

Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn electron hay bán dẫn loại n.
III
III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Bán dẫn loại p
Bán dẫn loại p
Nếu tạp chất là nguyên tố hóa trò 3 như Bo.
Thiếu 1 electron để tạo thành liên kết giữa nguyên tử B với bốn nguyên tử Si lân
cận.
Một electron gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết này.
 Tạo thành lỗ trống.
 Nguyên tử B trở thành ion âm.
Si
SiSi
Si
B
Si
SiSiSi

B
-
Electron gần chuyển
đến lấp đầy
Electron gần chuyển
đến lấp đầy
Lỗ trống được tạo thành
Lỗ trống được tạo thành
III
III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Quan sát hình sau và nhận xét về số
electron và lỗ trống trong mạng tinh
thể có lẫn tạp chất B?
Bán dẫn loại p
Bán dẫn loại p
Tạp chất B đã tạo thêm lỗ trống, làm cho số lỗ trống nhiều hơn số electron.
Ta gọi:

Electron là hạt tải điện không cơ bản.

Lỗ trống là hạt tải điện đa số.

Bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn p.
III
III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất

Nếu khi ta pha hai loại tạp chất, chẳng hạn cả P và B vào bán dẫn Si, thì bán dẫn này
có thể là loai p hay n tùy theo tỉ lệ giữa hai đại lượng tạp chất.


Bằng cách chọn các loại tạp chất pha vào bán dẫn, người ta có thể tạo ra bán dẫn
thuộc loại mình mong muốn và có tính dẫn điện mong muốn. Đây chính là một tính chất
rất đặc biệt của bán dẫn khiến nó có nhiều ứng dụng.
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Bán dẫn loại n Bán dẫn loại p

Nguyên tố pha
lẫn

Số e so với lỗ
trống

Hạt điện cơ
bản

Hạt điện
không cơ bản
Photpho, 5 electron lớp ngoài
cùng
Bo, 3 electron lớp ngoài cùng
Nhiều hơn
Ít hơn
Eletron Lỗ trống
Lỗ trống
Eletron
III
III
I
I

Tính chất điện của bán dẫn
II
II
Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
III
III
Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
IV
IV
Lớp chuyển tiếp p-n