linh kiện bán dẫn

LInh kiÖn b¸n dÉn
LInh kiÖn b¸n dÉn
vµ c¸c øng dông
vµ c¸c øng dông

Chất bán dẫn
Chất bán dẫn
(
(
tiếng Anh
tiếng Anh
:
:
Semiconductor
Semiconductor
) là vật liệu trung gian
) là vật liệu trung gian
giữa
giữa
chất dẫn điện
chất dẫn điện
và
và
chất cách điện
chất cách điện
. Chất
. Chất

bán dẫn hoạt động như một chất cách
bán dẫn hoạt động như một chất cách
điện ở
điện ở
nhiệt độ
nhiệt độ
thấp và
thấp và
dÉn ®iÖn
dÉn ®iÖn


cµng tèt
cµng tèt
khi nhiÖt ®é t¨ng.
khi nhiÖt ®é t¨ng.
Gọi là "bán dẫn" (chữ
Gọi là "bán dẫn" (chữ
"bán" theo nghĩa
"bán" theo nghĩa
Hán
Hán
Việt
Việt
có nghĩa là một
có nghĩa là một
nửa), có nghĩa là có thể dẫn điện ở một
nửa), có nghĩa là có thể dẫn điện ở một
điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện
điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện

khác sẽ không dẫn điện.
khác sẽ không dẫn điện.



Ch
Ch
Êt b¸n dÉn tinh khiÕt:
Êt b¸n dÉn tinh khiÕt:
ChÊt b¸n dÉn tinh khiÕt phæ biÕn lµ Si.
ChÊt b¸n dÉn tinh khiÕt phæ biÕn lµ Si.
Trong bảng tuần
Trong bảng tuần
hoàn
hoàn
Silic (Si) có
Silic (Si) có
s
s
è thø tù lµ
è thø tù lµ
14
14
,
,
cÊu h×nh electron lµ
cÊu h×nh electron lµ


1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

1s2 2s2 2p6 3s2 3p2


. Các điện tử của nó được sắp
. Các điện tử của nó được sắp
xếp vào 3 lớp vỏ. 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10
xếp vào 3 lớp vỏ. 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10
điện tử. Tuy nhiên lớp ngoài cùng của nó chỉ được lấp
điện tử. Tuy nhiên lớp ngoài cùng của nó chỉ được lấp
đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s2
đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s2


3p2. Điều này làm nguyên tử
3p2. Điều này làm nguyên tử
Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các
Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các
nguyên tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên
nguyên tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên
tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si lân cận đ
tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si lân cận đ
Ó
Ó
lớp vỏ ngoài
lớp vỏ ngoài
cùng có chung 8 điện tử (bền vững).
cùng có chung 8 điện tử (bền vững).

Chất bán dẫn tinh khiết có số lượng e tự do
Chất bán dẫn tinh khiết có số lượng e tự do
và lỗ trống xấp xỉ bằng nhau =>dẫn điện
và lỗ trống xấp xỉ bằng nhau =>dẫn điện
kém. Để dẫn điện tốt hơn, người ta pha tạp
kém. Để dẫn điện tốt hơn, người ta pha tạp
thêm một số nguyên tố khác vào chất bán
thêm một số nguyên tố khác vào chất bán
dẫn tinh khiết => tạo ra chất bán dẫn tạp
dẫn tinh khiết => tạo ra chất bán dẫn tạp
chất loại N và P.
chất loại N và P.

M
M
« h×nh chÊt b¸n dÉn t¹p chÊt
« h×nh chÊt b¸n dÉn t¹p chÊt
M« h×nh chÊt b¸n dÉn lo¹i N M« h×nh chÊt b¸n dÉn lo¹i P

Điều gì sẽ xảy ra khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với
Điều gì sẽ xảy ra khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với
nhau. Khi đó, các điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong
nhau. Khi đó, các điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong
bán dẫn loại N sẽ sẽ khuyếch tán từ bán dẫn loại N ->
bán dẫn loại N sẽ sẽ khuyếch tán từ bán dẫn loại N ->
bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn
bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn
loại P này.
loại P này.
Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang

Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang
bán dẫn P hay không? Câu trả lời là không. Vì khi các
bán dẫn P hay không? Câu trả lời là không. Vì khi các
điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán dẫn N mất
điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán dẫn N mất
điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện
điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện
âm. Ở bề mặt tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích
âm. Ở bề mặt tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích
điện trái ngược và xuất hiện 1 điện trường hướng từ bán
điện trái ngược và xuất hiện 1 điện trường hướng từ bán
dẫn N sang P ngăn cản dòng điện tử chạy từ bán dẫn N
dẫn N sang P ngăn cản dòng điện tử chạy từ bán dẫn N
sang P. Và trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như
sang P. Và trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như
không có e hay lỗ trống tự do .
không có e hay lỗ trống tự do .



Thiết bị mà chúng ta vừa mô tả ở trên chính là 1 đi ốt bán dẫn. Điện trường tạo
ra ở bề mặt tiếp xúc làm nó chỉ cho phép dòng điện tử chạy theo 1 chiều, ở
đây là từ bán dẫn loại P sang bán dẫn loại N, dòng điện tử sẽ không được
phép chạy theo hướng ngược lại.

Mét sè linh kiÖn b¸n dÉn c¬
Mét sè linh kiÖn b¸n dÉn c¬
b¶n
b¶n
•§ièt

§ièt
•Transistor
Transistor
•Quang ®iÖn trë
Quang ®iÖn trë

§ièt b¸n dÉn
§ièt b¸n dÉn
•
Điốt bán dẫn
Điốt bán dẫn
là các
là các
linh kiện điện tử thụ động
linh kiện điện tử thụ động
và
và
phi tuyến
phi tuyến
,
,
cho phép dòng điện đi qua nó theo một
cho phép dòng điện đi qua nó theo một
chiều mà không theo chiều ngược lại, sử
chiều mà không theo chiều ngược lại, sử
dụng các tính chất của các chất
dụng các tính chất của các chất
bán dẫn
bán dẫn
.

.
•
Có nhiều loại điốt bán dẫn, như
Có nhiều loại điốt bán dẫn, như
điốt chỉnh lưu
điốt chỉnh lưu
thông thường,
thông thường,
điốt Zener
điốt Zener
,
,
LED
LED
,...
,...
. Chúng đều có nguyên lý cấu tạo
. Chúng đều có nguyên lý cấu tạo
chung là một khối
chung là một khối
bán dẫn loại P
bán dẫn loại P
ghép với
ghép với
một khối
một khối
bán dẫn loại N
bán dẫn loại N
.
.

Nguyªn t¾c ho¹t ®éng
Nguyªn t¾c ho¹t ®éng


Hai bên mặt tiếp giáp
Hai bên mặt tiếp giáp


cña líp tiÕp xóc P-N
cña líp tiÕp xóc P-N
là
là
vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất
vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất
nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này
nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này
hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì vậy vùng
hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì vậy vùng
biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các
biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các
hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo.
hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo.
Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp
Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp
tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài.
tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài.
Đây là cốt lõi hoạt động của điốt.
Đây là cốt lõi hoạt động của điốt.

Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp
tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ
tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ
trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa
trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa
và vùng tiếp giáp dẫn điện tốt.
và vùng tiếp giáp dẫn điện tốt.




Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện
Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện
áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và
áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và
lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở
lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở
nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác
nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác
điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện
điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện
áp theo một hướng nhất định.
áp theo một hướng nhất định.

Tính chất
Tính chất
•

Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt
Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt
sang ca-tốt
sang ca-tốt
.
.
•
Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận
Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận
và dòng điện qua điốt lúc đó gọi là dòng
và dòng điện qua điốt lúc đó gọi là dòng
điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức
điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức
IFORWARD hoặc ID tức IDIODE). Dòng
IFORWARD hoặc ID tức IDIODE). Dòng
điện thuận có chiều từ a-nốt sang ca-tốt.
điện thuận có chiều từ a-nốt sang ca-tốt.

•
Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo
Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo
chiều ngược ca-tốt sang a-nốt. Thực tế là vẫn
chiều ngược ca-tốt sang a-nốt. Thực tế là vẫn
tồn tại dòng ngược nếu điốt bị phân cực ngược
tồn tại dòng ngược nếu điốt bị phân cực ngược
với hiệu điện thế lớn. Tuy nhiên dòng điện
với hiệu điện thế lớn. Tuy nhiên dòng điện
ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần
ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần
quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp. Mọi

quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp. Mọi
điốt chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều
điốt chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều
ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là
ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là
ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốt bị đánh
ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốt bị đánh
thủng, dòng điện qua điốt tăng nhanh và đốt
thủng, dòng điện qua điốt tăng nhanh và đốt
cháy điốt
cháy điốt



§Æc tuyÕn V«n - Ampe cña ®ièt
§Æc tuyÕn V«n - Ampe cña ®ièt

Ứng dụng
Ứng dụng


cña ®ièt b¸n dÉn:
cña ®ièt b¸n dÉn:
•
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều
từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực thuận nên điốt
từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực thuận nên điốt
được dùng để chỉnh lưu dòng
được dùng để chỉnh lưu dòng

điện xoay chiều
điện xoay chiều


thành dòng
thành dòng
điện một chiều
điện một chiều
.
.
•
Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu
Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu
phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch
phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch
RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công
RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công
tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức
tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức
điện áp
điện áp
, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
điện và điện tử
điện và điện tử



Mét sè lo¹i ®ièt th«ng dông:
Mét sè lo¹i ®ièt th«ng dông:

•
Điốt được chia ra nhiều thể loại tùy theo vùng hoạt động
Điốt được chia ra nhiều thể loại tùy theo vùng hoạt động
của Điốt
của Điốt
Phân loại theo sự phân cực:
Phân loại theo sự phân cực:
•
Điốt phân cực thuận
Điốt phân cực thuận
Chỉ cần một điện áp dương đủ để
Chỉ cần một điện áp dương đủ để
cho Điốt dẫn điện . Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo
cho Điốt dẫn điện . Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo
một chiều
một chiều
từ Cực Âm đến Cực Dương và sẽ cản dòng
từ Cực Âm đến Cực Dương và sẽ cản dòng
điện đi theo chiều ngược lại. Thí dụ : Điốt Bán dẫn, LED...
điện đi theo chiều ngược lại. Thí dụ : Điốt Bán dẫn, LED...
•
Điốt phân cực nghịch
Điốt phân cực nghịch
Chỉ cần một điện áp âm đủ để
Chỉ cần một điện áp âm đủ để
cho Điốt dẫn điện . Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo 2
cho Điốt dẫn điện . Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo 2
chiều . Thông thường, dẫn điện tốt hơn trong chiều
chiều . Thông thường, dẫn điện tốt hơn trong chiều
nghịch. Thí dụ : Điốt Zener, Điốt biến dung

nghịch. Thí dụ : Điốt Zener, Điốt biến dung
,…
,…





Một số loại điốt
Một số loại điốt
thông dụng (
thông dụng (
Riêng
Riêng
hình dưới cùng là một
hình dưới cùng là một
cầu nắm điện được
cầu nắm điện được
tích hợp từ bốn đi ốt
tích hợp từ bốn đi ốt
để nắn điện xoay
để nắn điện xoay
chiều thành một
chiều thành một
chiều
chiều
)
)

Điốt phát quang (LED)

Điốt
Điốt
th
th
­êng
­êng
: cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc
: cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc
Gecmani có pha thêm một số chất để tăng thêm
Gecmani có pha thêm một số chất để tăng thêm
electron tự do. Loại này dùng chủ yếu để chỉnh
electron tự do. Loại này dùng chủ yếu để chỉnh
lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng.
lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng.


Điốt Schottky
Điốt Schottky
: Ở tần số thấp, điốt thông thường
: Ở tần số thấp, điốt thông thường
có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều
có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều
phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng
phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng
khi tần số tăng đến một ngưỡng nào đó, sự

khi tần số tăng đến một ngưỡng nào đó, sự
ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn
ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn
dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược.
dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược.
Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này.
Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này.



Điốt Zener
Điốt Zener
, còn gọi là "điốt đánh thủng"
, còn gọi là "điốt đánh thủng"
hay "điốt ổn áp": là loại điốt được chế tạo
hay "điốt ổn áp": là loại điốt được chế tạo
tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh
tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh
thủng. Khi sử dụng điốt này mắc ngược
thủng. Khi sử dụng điốt này mắc ngược
chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn
chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn
điện áp định mức của điốt thì điốt sẽ cho
điện áp định mức của điốt thì điốt sẽ cho
dòng điện đi qua đến khi điện áp mạch
dòng điện đi qua đến khi điện áp mạch
mắc bằng điện áp định mức của điốt -
mắc bằng điện áp định mức của điốt -
Đây là cốt lõi của mạch ổn áp.
Đây là cốt lõi của mạch ổn áp.

•
Điốt phát quang
Điốt phát quang
hay còn gọi là LED (
hay còn gọi là LED (
Light
Light
Emitting Diode
Emitting Diode
) là các điốt có khả năng phát ra
) là các điốt có khả năng phát ra
ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng
ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng
giống như điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ
giống như điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ
một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán
một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán
dẫn loại n.
dẫn loại n.


Điốt quang
Điốt quang
(
(
photodiode
photodiode
): là loại nhạy với ánh
): là loại nhạy với ánh

sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại
sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại
lượng điện, thường sử dụng ở các máy ảnh (đo
lượng điện, thường sử dụng ở các máy ảnh (đo
cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều
cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều
khiển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt
khiển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt
quang thành một cặp), các modul đầu ra của
quang thành một cặp), các modul đầu ra của
các PLC...
các PLC...





Điốt biến dung
Điốt biến dung
(varicap): Có tính chất đặc biệt,
(varicap): Có tính chất đặc biệt,
đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ
đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ
điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu
điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu
hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền
hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền
thông khác.
thông khác.

Điốt ổn định dòng điện
Điốt ổn định dòng điện
: là loại điốt hoạt động
: là loại điốt hoạt động
ngược với Điốt Zener. Trong mạch điện điốt này
ngược với Điốt Zener. Trong mạch điện điốt này
có tác dụng duy trì dòng điện không đổi.
có tác dụng duy trì dòng điện không đổi.


Điốt step-recovery
Điốt step-recovery
: Ở bán kỳ dương, điốt này
: Ở bán kỳ dương, điốt này
dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng
dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng
sang bán kỳ âm, dòng điện ngược có thể tồn tại
sang bán kỳ âm, dòng điện ngược có thể tồn tại
một lúc do có lưu trữ điện tích, sau đó dòng điện
một lúc do có lưu trữ điện tích, sau đó dòng điện
ngược đột ngột giảm xuống còn 0.
ngược đột ngột giảm xuống còn 0.





Điốt ngược
Điốt ngược

: Là loại điốt có khả năng dẫn
: Là loại điốt có khả năng dẫn
điện theo hai chiều, nhưng chiều nghịch
điện theo hai chiều, nhưng chiều nghịch
tốt hơn chiều thuận.
tốt hơn chiều thuận.


Điốt xuyên hầm
Điốt xuyên hầm
: Nếu tăng nồng độ tạp
: Nếu tăng nồng độ tạp
chất của điốt ngược, có thể làm cho hiện
chất của điốt ngược, có thể làm cho hiện
tượng đảnh thủng xảy ra ở 0V, hơn nữa,
tượng đảnh thủng xảy ra ở 0V, hơn nữa,
nồng độ tạp chất sẽ làm biến dạng đường
nồng độ tạp chất sẽ làm biến dạng đường
cong thuận chiều, điốt đó gọi là
cong thuận chiều, điốt đó gọi là
điốt
điốt
xuyên hầm
xuyên hầm
.
.