DÒNG điện TRONG CHẤT bán dẫn

Chương III
BÀI 23


VẤN ĐỀ ĐẶT RA







Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn có những tính chất đặc
biệt gì?
Phân loại chất bán dẫn
Lớp chuyển tiếp p – n
Câu hỏi và bài tập


I. Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn ( Semiconductor)
là vật liệu trung gian giữa chất cách
điện và chất dẫn điện. Chất bán dẫn
hoạt động như chất cách điện ở nhiệt
độ thấp và hoạt động như một chất
dẫn điện ở nhiệt độ cao.


II. Tính chất của chất bán dẫn
1. Điện trở suất ρ của bán dẫn có giá trị trung

gian giữa kim loại và điện môi.

10

20

15

10

1010

10

5

10

0

10

10

−5

−10

Điện môi

Bán dẫn
Kim loại

Điện trở suất của
bán dẫn có giá trị
trung gian giữa
điện mơi và kim
loại


II. Tính chất của chất bán dẫn
2. Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh
khi nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán
dẫn dẫn điện kém, còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn
dẫn điện khá tốt.

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

Bán dẫn tinh khiết

Kim loại

T

Câu hỏi 1:
Vì sao điện trở suất
của kim loại và bán
dẫn lại phụ thuộc
khác nhau vào nhiệt
độ ?


Đáp án:

Kim loại có sẵn một số hạt tải
điện tự do là electron. Do đó
khi ở nhiệt độ bình thường
kim loại có khả năng dẫn điện.
Ở nhiệt độ cao, va chạm giữa
electron với ion dương tăng
dần.

ρ

⇒ Điện trở suất tăng dần
Bán dẫn tinh khiết

Kim loại

T

Chất bán dẫn ở nhiệt độ
thường khơng có các hạt tải
điện tự do, chúng hầu như

khơng dẫn điện. Khi nhiệt độ
tăng cao, chất bán dẫn hình
thành 2 loại hạt tải điện tự do.
Do đó, số hạt tải điện tự do
tăng đột ngột.
⇒ Điện trở suất của chúng
giảm đột ngột.


III. Phân loại chất bán dẫn
1. Chất bán dẫn tinh khiết hay còn được gọi là bán
dẫn đơn chất.
Các bán dẫn tinh khiết thường gặp như : Si, Ge,…
2. Chất bán dẫn có tạp chất
Bán dẫn có tạp chất thường gặp là: GaAs, CdTe,
ZnS,…, nhiều oxit, sunfua, selenua, telurua,…
và một số chất polime.


Bán dẫn tinh khiết


III. Phân loại chất bán dẫn
1. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết:
Ta xét trường hợp bán dẫn điển hình là Si.
Nếu mạng tinh thể chỉ có một loại ngun
tử Si, thì ta gọi đó là bán dẫn tinh khiết.

Si

Si


Mơ hình mạng tinh thể Silic
Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Ở nhiệt độ thấp,
các electron hóa
trị gắn bó chặt
chẽ với các
ngun tử ở nút
mạng
⇒Khơng có các
eletron tự do

Khi nhiệt độ tăng cao
Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Ở nhiệt độ cao
ln có sự phát
sinh các cặp
electron-lỗ
trống.
Số eletron và số
lỗ trống trong
bán dẫn tinh
khiết bằng nhau.

Khi có điện trường đặt vào chất
bán dẫn
Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

E

Các eletron
chuyển động
ngược chiều điện
trường, các lỗ
trống chuyển
động cùng chiều

điện trường
=> Gây nên dòng
điện trong chất
bán dẫn.


Lỗ trống

Si

Si
electron

Si

Si


Một đoạn phim 3D về sự chuyển động
của các electrons trong mạng tinh thể
silic
Click here


NHẬN XÉT








Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng
dịch chuyển có hướng của các eletron
và lỗ trống.
Bán dẫn tinh khiết gọi là bán dẫn loại
i, ở bán dẫn tinh khiết số electron
bằng số lỗ trống.
Độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng
khi nhiệt độ tăng và độ dẫn điện giảm
khi nhiệt độ giảm.
Điện trở suất của chất bán dẫn giảm
khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.


III. Phân loại chất bán dẫn
2. Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất:
 Nếu bán dẫn Silic có pha tạp chất, tức
là ngồi các ngun tử Silic cịn có
các ngun tử của ngun tố khác, thì
tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất
nhiều.
 Bán dẫn có tạp chất được chia làm 2
loại:
_ Bán dẫn loại n.
_ Bán dẫn loại p.


a) Bán dẫn loại n

Giả sử trong mạng tinh thể có lẫn một nguyên tử
Photpho (P).

Si

P
Electorn dư
trong nguyên tử
Photpho liên kết
yếu với nguyên
tử Photpho.


Mơ hình mạng tinh thể bán dẫn
có tạp chất

Electron
dư thừa
dễ dàng
tách ra
khỏi
nguyên
tử

P

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si


Nhận xét


Như vậy, tạp chất P đã tạo thêm các electron tự
do mà không làm tăng 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.

b) Bán dẫn loại p:
Giả sử trong mạng tinh thể Sillic có một nguyên tử
Bo (B).

Si

B

Lỗ trống tạo nên do
nguyên tử Bo thiếu
một electron liên kết
với một nguyên tử
Sillic lân cận.


Mơ hình mạng tinh thể bán dẫn có tạp chất
B

Một electron ở liên
kết gần đó có thể
chuyển đến lấp đầy
liên kết trống này và
tạo thành một lỗ
trống mới.

B

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si


Nhận xét:


Như vậy, tạp chất Bo pha vào bán dẫn
Sillic 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 hạt tải điện đa số), electron là hạt
tải điện không cơ bản (hay hạt tải điện
thiểu số).



Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn lỗ
trống hay bán dẫn loại p.


Một đoạn video mô tả bán dẫn
loại p và bán dẫn loại n

Click here


Mời các bạn xem một vài đoạn
phim về chuyển động của các
electrons trong chất bán dẫn:
• Đoạn phim 1.
• Đoạn phim 2.