Bài 23. Dòng điện trong chất bán dẫn

TRƯỜNG THPT THIÊN HỘ DƯƠNG
huyện Cái Bè – Tiền Giang
 Tổ:

Vật Lý
 GV: Huỳnh Công Vương
 Lớp dạy: 11A1, 11A2
 Ngày dạy: 12/11/2008


Kiểm tra bài cũ
Câu 1: Hãy nêu bản chất dòng điện trong chất khí
Câu 2: Miêu tả sự phụ thuộc của cường độ dòng điện
vào hiệu điện thế.
I

Ibh
0

Uo

Uc

U


-C1: Bản chất dòng điện trong chất
khí là dòng chuyển dời có hướng
của các ion dương cùng chiều điện
trường , các ion âm và electron
ngược

chiều
điện
trường.
C2: U• Uo• U>Uc : U tăng → I tăng nhanh


Câu 3 :
Nêu bản chất dòng điện trong kim loại ? Điện trở suất của
kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào ?
Câu 4: Khi nhiệt độ tăng, sự chuyển động nhiệt của các
electron tự do trong kim loại tăng hay giảm ?

TRẢ LỜI :
- Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời
có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của
điện trường .
- Điện trở suất của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng và
ngược lại .
Khi nhiệt độ tăng các electron trong kim loại chuyển
động nhiệt càng nhanh .


• Ảnh bên trình
bày các linh
kiện bán dẫn:
điôt, tranzito,
vi
mạch….chúng

có mặt trong
mọi thiết bị
điện tử dùng
trong đời
sống, khoa
học, kĩ thuật.


Nội dung chính
• 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.


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:

a. Bán dẫn điển hình và được
dùng phổ biến nhất là: Si
(silic), ngoài ra còn có:
Ge,Se, B, ZnS…
b. Tính chất:
- Điện trở suất của bán dẫn có giá trị
trung gian giữa kim loại và điện môi

Hình 23.1

1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:
a. Bán dẫn
điển hình
và được
dùng phổ
biến nhất

b. Tính chất:
-Điện trở suất của bán dẫn tinh
khiết giảm mạnh khi nhiệt độ
tăng. ở nhiệt độ thấp, bán
dẫn dẫn nhiệt rất kém. ở
nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn
điện khá tốt.

Hình 23.2


1/ Tính chất điện
của chất bán
dẫn:
a. Bán dẫn điển
hình và được
dùng phổ biến
nhất

b. Tính chất :
- Tính chất điện của
bán dẫn phụ thuộc
rất nhiều vào các
tạp chất có mặt
trong tinh thể.


1/ Tính chất
điện của chất
bán dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
Si
Si

Si
Si

Si

Si
Si

Bán dẫn Si:
-Si có hóa trị 4, 4 electron liên
kết chặt chẽ với 4 nguyên
tử lân cận, liên kết giữa các
nguyên tử bền vững.

- Nhiệt độ thấp: không dẫn
điện.


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:

- Nhiệt độ tương đối cao:
+ Các nguyên tử dao động nhiệt
mạnh, sinh ra electron tự do và lỗ
trống.
+ Ở một nhiệt độ xác định số lượng
electron tự do và lỗ trống trong một
chất bán dẫn là hằng số.
+ Khi có điện trường: electron chuyển
động ngược chiều điện trường, lỗ
trống chuyển động cùng chiều điện
trường gây nên dòng điện trong
bán dẫn.


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:

2/ Sự dẫn
điện của
bán dẫn
tinh
khiết:

* Nhận xét:
- Vậy, dòng điện trong bán dẫn là
dòng chuyển dời có hướng của các
electron và lỗ trống.
- Bán dẫn tinh khiết gọi là bán dẫn loại
i, ở bán dẫn tinh khiết, số electron
bằng số lỗ trống. Sự dẫn điện này
gọi là sự dẫn điện riêng.
- Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
tăng khi nhiệt độ tăng, giảm khi
nhiệt độ giảm.
- Điện trở suất của bán dẫn giảm khi
có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Đó
là hiện tượng quang dẫn.


• Nếu bán dẫn Silic có pha tạp chất,
1/ Tính chất
tức là ngoài các nguyên tử Silic,
điện của
còn các nguyên tử khác, thì tính
chất bán
dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất
dẫn:

nhiều.
2/ Sự dẫn điện • Cùng với sự dẫn điện riêng còn
của bán dẫn
có sự dẫn điện do tạp chất.
tinh khiết:
• Có 2 loại: + bán dẫn loại n
3/ Sự dẫn điện
+ bán dẫn loại p
của bán dẫn
có tạp chất:


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:

a. Bán dẫn loại n:
- Giả sử trong mạng tinh thể Silic có lẫn một
nguyên tử phôtpho (P).
P:1s2 2s22p6 3s23p3

Si

P

Electron dư
trong
nguyên tử
Phôtpho liên
kết yếu với
nguyên tử
Phôtpho.


Mô hình mạng tinh thể bán dẫn
có tạp chất P:

Electron dư
thừa dễ
dàng tách
ra khỏi
nguyên
tử

P+

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si


1/ Tính chất điện
của chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:

a. Bán dẫn loại n:
* Nhận xét:
- Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm
các electron tự do, mà không làm
tăng thêm 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 được gọi là bán
dẫn electron hay bán dẫn loại n.

1/ Tính chất điện b. Bán dẫn loại p:
của chất bán
Giả sử trong mạng tinh thể Silic có
dẫn:
lẫn một nguyên tử Bo (B).
B:1s2 2s22p6 3s23p1
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
Si
B
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn có
tạp chất:
a. Bán dẫn loại n:
Lỗ trống tạo nên do nguyên tử Bo
thiếu 1 electron liên kết với 1
nguyên tử Silic lân cận


Mô hình mạng tinh thể bán dẫn
có tạp chất B:
Lỗ trống

B-

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:
a. Bán dẫn loại n:

b. Bán dẫn loại p:
* Nhận xét:
-Như vậy, tạp chất B pha vào

bán dẫn Silic đã tạo thêm lỗ
trống, làm cho số lỗ trống
nhiều hơn số electron dẫn.
-Ta gọi lỗ trống là hạt tải điện cơ
bản hay đa số, electron là hạt
tải điện không cơ bản hay
thiểu số.
-Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn
lỗ trống hay bán dẫn loại p.


1/ Tính chất điện
của chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:
a. Bán dẫn loại n:
b. Bán dẫn loại p:

•
-

Chú ý:
Nếu pha 2 loại tạp chất, chẳng hạn
cả P và B, vào bán dẫn Silic, thì
bán dẫn này có thể là bán dẫn loại

p hay loại n, tùy theo tỷ lệ giữa 2
loại tạp chất.

- Như vậy, bằng cách chọn loại tạp
chất và nồng độ tạp chất pha vào
bán dẫn, người ta có thể tạo ra
bán dẫn thuộc loại mong muốn.
Đây chính là tính chất rất đặc biệt
của bán dẫn, khiến cho nó có
nhiều ứng dụng.


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:
4/ Lớp chuyển
tiếp p-n

a/ Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n.
- Cho hai bán dẫn loại p và n tiếp xúc
nhau.
- Tại lớp tiếp xúc chủ yếu:
+ Lỗ trống từ p sang n tái hợp với các

electron
+ Electron từ n sang p tái hợp với lỗ
trống.
- Tại lớp tiếp xúc: bên p có các ion âm
tạp chất, bên n có các ion dương tạp
chất
điện trường trong r .
t
-Tại lớp tiếp xúc hình thành lớp E
chuyển
tiếp p-n. lớp này gọi là lớp nghèo hạt
tải điện, gọi tắt là lớp nghèo


1/ Tính chất điện của
b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
chất bán dẫn:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán
2/ Sự dẫn điện của
dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n.
bán dẫn tinh khiết:
En
3/ Sự dẫn điện của
bán dẫn có tạp
chất:
(+)
(-)
p Ith
n
4/ Lớp chuyển tiếp pn

a. Sự hình thành lớp
chuyển tiếp p-n

Ith lớn

Et


1/ Tính chất điện
của chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:
4/ Lớp chuyển
tiếp p-n
a. Sự hình thành lớp
chuyển tiếp p-n.

b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán
dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n.
* Nhận xét
- Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p – n
mắc theo chiều thuận, còn gọi là lớp
chuyển tiếp p – n được phân cực thuận.
-Như vậy, khi lớp chuyển tiếp được phân

cực thuận, các hạt tải điện đa số ở hai
phía đều đi đến lớp chuyển tiếp và vượt
qua lớp này, gây nên sự phun lỗ trống vào
bán dẫn loại n, và phun electron vào bán
dẫn loại p.


1/ Tính chất
điện của
chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:
4/ Lớp chuyển
tiếp p-n

b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:

 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn
p, cực âm nối với bán dẫn n.
 Trường hợp 2: cực dương nối với bán dẫn n, cực
âm nối với bán dẫn p.

En
(-)

p

Ing

a. Sự hình thành lớp
chuyển tiếp p-n.

Ing nhỏ

Et

n

(+)


1/ Tính chất điện
của chất bán
dẫn:
2/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
tinh khiết:
3/ Sự dẫn điện
của bán dẫn
có tạp chất:
4/ Lớp chuyển
tiếp p-n
a. Sự hình thành
lớp chuyển tiếp
p-n.

b) Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n:
 Trường hợp 1: cực dương nối với bán dẫn p, cực âm
nối với bán dẫn n.
 Trường hợp 2: cực dương nối với bán dẫn n, cực
âm nối với bán dẫn p.

* Nhận xét
-Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p – n mắc theo
chiều ngược, còn gọi là lớp chuyển tiếp p – n được
phân cực ngược.
-Như vậy, lớp chuyển tiếp p – n mắc theo chiều
thuận (từ p sang n) có cường độ lớn, dòng điện qua
lớp chuyển tiếp p – n mắc theo chiều ngược có
cường độ rất nhỏ.

=> Lớp chuyển tiếp p – n dẫn điện tốt theo
1 chiều, từ p sang n. Lớp chuyển tiếp p – n
có tính chất chỉnh lưu.