Tài liệu kỹ thuật điện.chương 1 doc

Chương 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
CHNG 1: CHT BN DN
1.1. S lc v lch s phỏt trin ca ngh nh in t
Vo nm 1947, ti phũng thớ nghim ca Bell, John Bardeen v Walter Brattain
ó thnh cụng trong vi c phỏt minh Transistor l ng cc BJT(Bipolar Junction
Transistor). õy l m t bc ngot ỏnh du s bt u ca thi i bỏn dn. Phỏt
minh ny v mt chui phỏt trin ca cụng ngh vi in t ó tht s lm thay i
cuc sng loi ngi.
1948 Transistor u tiờn ra i. õy l mt cuc Cỏch mng ca ng nh in t.
1950 Mch in t chuyn sang dựng transistor
H mỏy tớnh dựng linh kin bỏn dn dng ri rc ra i (th h II)
1960 Mch tớch hp ra i (IC:Intergrated Circuit)
H mỏy tớnh dựng IC ra i(th h III)
1970 Cỏc mch tớch hp mt cao h n ra i (MSI, LSI, VLSI)
MSI: Medium Scale Intergrated Circuit
LSI: Large Scale Intergrated Circuit
VSI:Very Large Scale Intergrated Circuit
1980 n nay in t c ng dng rng r ói trong cỏc lónh vc nh y t, iu
khin t ng, phỏt thanh, truyn h ỡnh
1.2. Linh kin in t:
Ta xột hai loi linh kin c bn sau:
Linh kin th ng:
Cú cỏc thụng s khụng i di tỏc dng dũng in: in tr, t, cun cm
Linh kin tớch cc:
Cú cỏc thụng s thay i di tỏc dng dũng in: Diod, Transistor l ng cc
BJT( Bipolar Junction Transistor):
1.3. Cht bỏn dn:
1.3.1.Cht bỏn dn thun:
Hỡnh 1.1. Gin nng lng ca Si
Vựng cm

Vựng dn ca Si
Nng lng
Vựng hoỏ tr ca Si
Chương 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
Hai cht bỏn dn tiờu biu l: Silicon(Si) v Ge(Germanium).
Si l cht bỏn dn m ti nhit phũng cú rt ớt e vựng dn trong mng tinh
th. Vỡ dũng in t l vi s lng e nờn dũng in trong tinh th rt nh. nhit
phũng, e vựng hoỏ tr nhy lờn vựng dn li l trng ti v trớ cha nú
mang in tớch dng. Hin tng ny gi l s phỏt sinh in t -l trng.
Hỡnh 1.2. S di chuyn ca in t v l trng trong Si khi cú ngun in
Nu t ngun in nh hỡnh v thỡ e di chuyn v cc dng ca ngun. E
vựng hoỏ tr cng cú th di chuyn v cc d ng ca ngun nu nú cú nng
lng t mc nng l ng ca nú lờn mc nng lng ca l trng. Khi e n y
nhp vo l trng thỡ nú li mt l trng phớa sau. V ỡ th lm l trng di
chuyn v cc õm ca ngun. D ũng in trong cht bỏn dn l tng 2 thnh phn:
dũng do e trong vựng d n v dũng do l trng trong vựng hoỏ tr. E di chuyn v
cc dng nhanh hn l trng di chuyn v cc õm v ỡ kh nng e cú nng
lng cn thit nhy l ờn vựng dn ln hn kh nng e cú nng l ng
nhy n v trớ trng trong v ựng húa tr. Vỡ vy dũng e ln hn dũng l trng trong
Si. Tuy nhiờn dũng ny v n nh nờn Si l cỏch in.
1.3.2 Cht bỏn dn tp:
1.3.2.1. Cht bỏn dn tp loi N
Hỡnh 1.3. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi N
Nng lng
Vựng hoỏ tr ca Si
Mc nng lng ca
tp cht donor
Vựng dn ca Si
V

Vựng dn ca Si
Vựng hoỏ tr ca Si
E
Si
Nng lng
Chương 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
Cht bỏn dn tp loi N l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt cht
thuc nhúm V trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo cht bỏn dn thun.
Ta xột trng hp pha tp P vo cht bỏn dn thun Si. iu n y tng ng lm
xut hin mc nng l ng ca tp cht donor sỏt ỏy v ựng dn. Vỡ th nhit
phũng cỏc e ca nguyờn t P nhy lờn vựng dn ca Si. Vỡ vy nguyờn t tp cht
d b ion hoỏ thnh ion dng. Ngoi ra c ch phỏt sinh cp ht dn in t l
trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn thun vi mc yu h n vỡ mc
nng lng ca tp cht donor sỏt ỏyv ựng dn.
Gi n
n
: mt in t trong vựng dn, p
n
: mt l trng trong v ựng hoỏ
tr, thỡ n
n
>>p
n
.Vy dũng in trong cht bỏn dn loi N ch yu do in t to n ờn
gi l ht dn a s, cũn l trng gi l ht thiu s.
1.3.2.2. Cht bỏn dn tp loi P:
Cht bỏn dn tp loi P l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt cht
thuc nhúm III trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo ch t bỏn dn thun.
Ta xột trng hp pha tp cỏc nguy ờn t As vo cht bỏn dn thun Si. iu n y

tng ng lm xut hin mc nng lng gi l mc tp cht acceptor sỏt nh
vựng hoỏ tr. Vỡ vy nguyờn t tp cht d b ion hoỏ th nh ion õm . Ngoi ra c
ch phỏt sinh cp ht dn in t l trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn
thun vi mc yu h n vỡ mc tp cht loi P sỏt nh v ựng hoỏ tr.
Gi n
p
: mt in t trong vựng dn.
Gi p
p
: mt l trng trong v ựng hoỏ tr., thỡ n
p
>>p
p
Vy dũng in trong cht bỏn dn loi P ch yu do l trng to n ờn gi l
ht dn a s, cũn in t gi l ht thiu s.
Hỡnh 1.4. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi P
1.4.Tip xỳc p-n:
Vựng hoỏ tr ca Si
Mc tp cht acceptor
Nng lng
Vựng dn ca Si
Chương 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
Cho lp bỏn dn p, n tip xỳc nhau, ta cú tip xỳc p -n.
1.4.1. Nguyờn lý lm vi c:
1.4.1.1. Khi tip xỳc p-n cha c phõn cc:
Do cú s chờnh lch ln v nng (n
n
>>n
p

, p
p
>>p
n
) nờn cú hin tng
khuch tỏn cỏc ht dn a s qua n i tip xỳc, to nờn dũng khuch tỏn I
kt
hng
t min P sang min N.
Ti vựng lõn cn hai bờn mt tip xỳc xut hin in tr ng ni E
tx
hng
t vựng N sang vựng P (do ion t p cht to ra). Nú cn tr chuyn ng ca d ũng
khuch tỏn v gõy ra dũng trụi I
tr
ca cỏc ht thiu s cú chiu t N sang P qua
mt tip xỳc lm I
tr
tng, I
kt
gim.
Quỏ trỡnh ny tip din cho n khi t n trng thỏi cõn bng ng. Lỳc
ú I
kt
=I
tr.
, dũng qua tip xỳc bng 0, hiu th tip xỳc l 0.1V i vi Ge v 0.4 V
i vi Si
1.4.1.2. Khi tip xỳc p-n c phõn cc nghch :
Hỡnh 1.5. Tip xỳc p-n b phõn cc nghch

in trng ni cựng chiu vi in trng ngoi nờn tng in trng ti
vựng tip xỳc tng lm cho vựng tip xỳc m rng ra, d ũng khuch tỏn gim v 0,
E
tx
K
+
A
_
-
E
ng
P N
V
+
+
+
-
-
-
in trng
Vựng nghốo
p n
Chương 1: Chất bán dẫn
Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử
dũng trụi do E
tx
gõy ra tng n mt giỏ tr gi l dũng ngc bóo ho I
S
. Dũng
ny rt nh.

Vy khi phõn cc nghch tip xỳc th ỡ khụng cú dũng chy qua (xem dũng
bóo ho ngc bng khụng).
1.4.1.3. Khi tip xỳc c phõn cc thun :
Hỡnh 1.6. Tip xỳc p-n c phõn cc nghch
in trng ni ngc chiu vi in tr ng ngoi nờn tng in trng ti
vựng tip xỳc gim lm cho vựng tip xỳc b thu hp li, cỏc ht a s d dng di
chuyn qua vựng tip xỳc ny, dũng khuch tỏn cú chiu t A n K tng mnh,
dũng trụi do E
tx
gõy ra khụng ỏng k .
Vy khi phõn cc thun tip xỳc th ỡ cú dũng chy qua tip xỳc p -n, nú quan
h vi in ỏp gia hai u tip xỳc nh sau:

















11

T
D
D
V
v
S
v
kT
q
SD
eIeIi
Trong ú:
v
D
: in ỏp hai u tip xỳc.
I
S
: dũng bóo ho ngc.
k: hng s Boltman
k =1,38.10
-23
J/
0
K.
q : in tớch ca ht dn, q=1,6.10
-19
C
V
T
: th nhit

nhit phũng V
T
= 25,5mV.
K
_
A
+
-
E
ng
E
tx
P N
V