Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

Trường THPT Kim Động – lớp 11A0

Phần thuyết trình nhóm 3


Lớp chuyển tiếp p-n:
• Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n
• Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
• Đặc tuyến Vôn-Ampe của lớp chuyển tiếp p-n


a/ Sự hình thành lớp chuyển tiếp pn
• Khi cho 2 mẫu bán dẫn p và n tiếp xúc nhau có sự khuyếch tán:
• Từ p sang n: khuyếch tán lỗ trống mang điện dương
(do p có mật độ lỗ trống lớn hơn)
• Từ n sang p: khuyếch tán electron tự do (do n có
mật độ electron lớn hơn)
• Kết quả:
• Phía n gần chỗ tiếp xúc: không có hạt tải điện tự do,
thay bằng ion tạp chất dương => mang điện dương
• Phía p gần chỗ tiếp xúc: ion tạp chất âm => mang
điện âm
⇒xuất hiện điện trường trong Et hướng từ n sang p
ngăn cản khuyếch tán các hạt đa số, tăng dần đến 1
giá trị nào đó thì đạt giá trị ổn định


a/ Sự hình thành lớp chuyển tiếp pn

Khi Et đạt giá trị ổn định

•Chỗ tiếp xúc giữa 2 loại bán dẫn đã hình thành lớp
chuyển tiếp p-n
•Ở chỗ tiếp xúc hình thành 1 lớp nghèo hạt tải điện gọi là
lớp nghèo
Et

p

n


Sự khuyếch tán các hạt tải điện
khi hình thành lớp chuyển tiếp p-n?

Electron

n

p

Lỗ trống


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.
 E ngoài hướng từ p sang n: En>>Et tác dụng của Et không

đáng kể. Các lỗ trống chuyển động theo chiều En (pn) các e
chuyển động ngược chiều En (từ np)
 Qua lớp tiếp xúc có I từ p sang n là dòng điện thuận, U đặt
vào là hiệu điện thế thuận

E
(-)

n

(+)

p
Ith


b/ Dòng điện qua lớp chuyển tiếp
 Trường hợp 2: cực dương nốip-n
với bán dẫn n, cực âm nối với bán
dẫn p.
Do tác dụng của E ngoài hướng từ n sang p cùng hướng Et :chuyển
dời của các hạt tải điện đa số bị ngăn cản, qua lớp chuyển tiếp chỉ có
dòng các hạt tải điện thiểu số

(+)

n

p

Et

(-)

Ing

 Qua lớp tiếp xúc có I từ n sang p là dòng điện ngược, U
đặt vào là hiệu điện thế ngược


•

c/ Đặc tuyến Vôn-Ampe của
lớp chuyển tiếp p-n
Dòng điện thuận có cường độ

lớn và tăng nhanh theo hiệu
điện 
thế thuận vì vậy mà phần
Khảo sát sự biến thiên
đồ thị nằm phía trên trục hoành
của cường độ dòng điện
là một đường cong đi lên.
theo hiệu điện thế, ta có thể
• Dòng điện ngược rất nhỏ và ít
thu được đường đặc tuyến
phụ thuộc vào hiệu điện thế vì
vôn
ampe
của

chuyển
vậy mà
phần
đồ thị
phíalớp
dưới
tiếp p-n
như
hình
bên
trục hoanh
có thể
xem
là một
đường thẳng nằm ngang.

Tính chất của lớp chuyển
=> Vìtiếp
vậy p-n
cho nên
đặc ứng
tuyến dụng
được
vôn-ampe của lớp chuyển tiếp
trong nhiều dụng cụ bán
p-n là một đường cong như trên
hình dẫn
vẽ đónhư điôt, tranzito

U

V. Các dụng cụ bán dẫn:
 Ưu điểm của các dụng cụ bán dẫn là kích thước
nhỏ, tiết kiệm được năng lượng, chỉ cần nguồn
có hiệu điện thế thấp, bền vững về mặt cơ học,
thời gian sử dụng được dài, ….
 Một số loại dụng cụ bán dẫn thường được sử
dụng:
_ Điốt bán dẫn
_ Trandito hay còn gọi là triot bán dẫn.
_ Nhiệt điện trở bán dẫn (rêdisto)
_ Quang điện trở bán dẫn (phôtôrêdistô)
_ Vi mạch điện tử


Tranzito được sử dụng ngày càng rộng rãi trong kĩ
thuật hiện đại: trong các mạch khuếch đại, tạo ra dao
động điện và khóa điện tử.


b) Trandito bán dẫn
• Có hai loại Trandito

Loại p-n-p: phần giữa là bán dẫn loại
n, haicụ
bênbán
là bándẫn
dẫn loại
p. tạo

•Là dụng
cấu
Loại n-p-n: phần giữa là bán dẫn loại
từ ba phần
có
tính
dẫn
điện
p, hai bên là bán dẫn loại n.

nhau
nên có
•khác
Các cực
của Trandito:

hai lớp tiếp

xúc p-n.
Phần giữa gọi là cực gốc hay cực

bazơ, ký hiệu B, có bề dày rất nhỏ
(cỡ vài µm) và có điện trở suất lớn.
Một phần là cực phát hay êmetơ, kí
hiệu E.
Phần còn lại là cực góp hay côlectơ,
kí hiệu C.


E

C
p

n

E

C

p

n

B
E

Trandito loaïi p-n-p

n

B
C

B

p

E

C

B
Trandito loaïi n-p-n


2. Tranzito lưỡng cực n-p-n

 Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp
giữa 2 miền n1 và n2 đã mô tả ở trên gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n

Tranzito có 3 cực:
- Cực góp hay colectơ, kí hiệu là C.
- Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazơ, kí hiệu là B.
- Cực phát hay êmitơ, kí hiệu là E.
•


1. Hiệu ứng tranzito

C

n

Xét tinh thể bán dẫn n1 – p – n2
Các điện cực E, B, C
Mật độ e ở n2 >> mật độ lỗ trống ở p
UBE điện áp thuận, UCE lớn (10V)

Electron từ n2

phun vào p

E2

Lớp n1- p phân cực ngược, RCB lớn
Lớp p-n2 phân cực thuận, e phun từ n2 sang p,
không tới được lớp n1-p; không ảnh hưởng tới RCB
b. Khi miền p rất mỏng, n1và n2 rất gần nhau

Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang
E làm thay đổi điện trở RCB gọi là
hiệu ứng tranzito

p

n

a. Khi miền p rất dày, n1và n2 cách xa nhau

Electron từ n2 phun vào p và lan
sang n1 làm cho RCB giảm đáng kể

1

B

Lớp nghèo
RCB rất lớn

B

IB

C

IC

n
1

p

n
2

E IE

Electron từ n2
phun vào p
và lan sang n1


Hoạt động:
Mắc nguồn E1 vào 2 cực E và B và nguồn E2 vào B
và C sao cho hiệu điện thế ở lớp tiếp xúc E-B là thuận
và hiệu điện thế ở lớp tiếp xúc B-C là ngược. Thông
thường E2 lớn hơn E1 từ 5 đến 10 lần.
Ví dụ xét trường hợp Trandito n-p-n:

Di tỏc dng ca E1 electron chuyn t E sang B, l
trng chuyn t B sang E to thnh dũng ờmet I E,
nhng do mt electron E ln hn rt nhiu so vi
mt l B, mt khỏc b dy ca B rt nh nờn
electron t E s nhanh chúng khuch tỏn n lp tip
xỳc B-C.
Di tỏc dng ca E2 (v in trng ti im tip xỳc)
khuyn khớch nhng electron ny chy sang C to thnh
dũng cụlect IC.

E

C
n

IE

p

n

B

R
IB

E1
-

E2
+

-

+

Hoaùt ủoọ
ng cuỷ
a trandito n-p-n

IC


• Chỉ một số rất ít electron không đi
qua lớp tiếp xúc B-C mà kết hợp với
lỗ trống ở B tạo nên dòng badơ IB.
Vậy: IE = IC + IB , với IB << IC
 Số electron từ E chạy sang B càng
nhiều (tức IE càng lớn) thì dòng IC
càng lớn. Do đó dòng IE có tác dụng
điều khiển dòng IC và IC ≈ IE (dòng
IB rất nhỏ có thể bỏ qua).


 Nếu hiệu điện thế đặt vào lớp tiếp
xúc E-B thay đổi thì IE và do đó IC sẽ

thay đổi.
 Nếu trong mạch côlectơ có mắc
điện trở R khá lớn thì hiệu điện thế
hai đầu điện trở này là UR = IC.R
lớn hơn hiệu điện thế UE-B đặt vào
E-B nhiều lần. Kết quả là sự biến
thiên của hiệu điện thế UE-B được
khuếch đại trong mạch Trandito.
 Ứng dụng: dung trong các mạch
khuếch đại dao động, trong các máy
phát dao động, biến điện,……


a) Điốt bán dẫn
 Là dụng cụ bán dẫn có lớp tiếp xúc p-n nên có
tính chất dẫn điện chủ yếu theo một chiều.
 Dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành
dòng điện một chiều, dùng trong mạch tách sóng.

n p
+
catố
t

anố
t

Kýhiệ
u
điố

t bá
n dẫ
n

I

I

∼
Chỉ
nh lưu nử
a chu kỳ

∼
Chỉ
nh lưu hai nử
a chu kỳ


Điôt phát quang:
Nếu điôt được chế tạo từ những vật liệu bán
dẫn thích hợp, thì khi dòng điện thuận chạy
qua điôt, ở lớp chuyển tiếp p-n có ánh sáng
phát ra. Đó là điôt phát quang (LED – Light
Emiting Diode).

Laze bán dẫn cũng hoạt động trên cơ
sở sự phát quang ở lớp chuyển tiếp p-n.

Một đoạn clip giới thiệu về
diot bán dẫn
Click here


Một số loại trandito thường dùng hiện
nay


Video clip về cơ chế hoạt động
của Trandito
Click here


c)Nhiệt điện trở bán dẫn:
(rêdisto)
Là dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc
mạnh của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ.
 Được chế tạo từ các chất bán dẫn khác
nhau như Ge, Si, Se, một số oxit kim loại,
…
 Dùng trong các thiết bị đo nhiệt độ,
khống chế nhiệt độ từ xa, thiết bị báo
cháy.