BÀI 23: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
1.Tính chất điện của 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
1.Tính chất điện của bán dẫn
Bán dẫn điển hình: Si, Ge, Se, CdS.....
Điện trở suất có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi.
Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ: Nhiệt độ thấp bán dẫn dẫn điện kém (giống điện môi); nhiệt độ cao bán dẫn dẫn điện tốt (giống kim loại).
Tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc mạnh vào các tạp chất có mặt trong mạng tinh thể.
2.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Ta nghiên cứu bán dẫn điển hình: Bán dẫn Silic.
Ở nhiệt độ thấp, các electron hoá trị liên kết chặt chẽ với các nguyên tử Si ở nút mạng. Do đó, trong tinh thể không có hạt tải điện tự do, bán dẫn silic không dẫn điện.
2.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Ở nhiệt độ tương đối cao, các nguyên tử dao động mạnh, một số mối liên kết bị phá vỡ, giải phóng các electron tự do.
Mặt khác, khi electron bị bứt khỏi liên kết, một liên kết bị trống xuất hiện, được gọi là lỗ trống. Lỗ trống này mang điện tích dương, vì thiếu e.
Các lỗ trống cũng di chuyển được, tham gia vào quá trình dẫn điện của bán dẫn.
2.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Khi chưa có điện trường, các e tự do và lỗ trống di chuyển hỗn loạn, không có dòng điện.
Khi có điện trường đặt vào, electron di chuyển ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường, gây nên dòng điện trong bán dẫn.
Vậy: Bản chất dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các e và lỗ trống.
2.Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Nhận xét: trong bán dẫn tinh khiết
- Số electron và số lỗ trống bằng nhau.
- Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.
3.Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
a. Bán dẫn loại n:
Ví dụ: Chủ động pha một lượng nhỏ tạp chất có hóa trị 5 (VD: As) vào bán dẫn tinh khiết Si.
Nguyên tử As tham gia vào mạng tinh thể Si, bỏ ra 4 e hóa trị tham gia vào mối liên kết với 4 nguyên tử Si cạnh nó, thừa ra 1 e hóa trị liên kết yếu với hạt nhân và dễ dàng bứt ra thành e tự do.
Như vậy bán dẫn loại này số e tự do nhiều hơn rất nhiều so với số lỗ trống, gọi là bán dẫn loại n.
Trong bán dẫn loại n, e là hạt dẫn điện đa số (hạt dẫn điện cơ bản), lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số (hạt dẫn điện không cơ bản).
Ví dụ: Chủ động pha một lượng nhỏ tạp chất hóa trị 3 (Ví dụ B) vào bán dẫn tinh khiết Si.
Trong mối liên kết với mạng tinh thể Si, B bị thiếu 1 e hóa trị, tạo ra một lỗ trống.
Trong mạng tinh thể khi này, số lỗ trống nhiều hơn rất nhiều số e tự do, gọi là bán dẫn loại p.
Trong bán dẫn loại p, lỗ trống là hạt tải điện đa số, electron là hạt tải điện thiểu số.
b. Bán dẫn loại p:
4. Lớp chuyển tiếp p-n:
a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n:
Xét một mẫu bán dẫn gồm hai bán dẫn tiếp xúc nhau ở 1 đầu (1 lớp chuyển tiếp).
Các electron chủ yếu khuếch tán từ n sang p và lỗ trống chủ yếu khuếch tán từ p sang n. Dẫn tới n tích điện dương, p tích điện âm, hình thành một điện trường Et hướng từ n sang p ngăn cản sự khuếch tán tiếp theo của các hạt tải điện đa số.
-> Tạo ra lớp chuyển tiếp p-n có điện trở lớn.
Cho một mẫu bán dẫn có 1 lớp chuyển tiếp p-n mắc với một nguồn điện.
Mắc thuận (p có điện thế cao hơn n):
b. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n:
Ithuận
Điện trường tổng hợp E = En – Et hướng từ p sang n thúc đẩy sự chuyển dời của các hạt tải điện đa số qua lớp chuyển tiếp, tạo ra dòng điện có cường độ lớn chạy qua lớp chuyển tiếp gọi là dòng điện thuận Ithuận.
Mắc ngược (p có điện thế thấp hơn n):
En cùng chiều với Et ngăn cản dòng chuyển dời các hạt tải điện đa số, cho các hạt tải điện thiểu số chạy qua lớp chuyển tiếp tạo thành một dòng điện có cường độ nhỏ gọi là dòng điện ngược Ingược.
Ingược
Kết luận:
Lớp chuyển tiếp p – n dẫn điện tốt theo 1 chiều từ p sang n khi p có điện thế cao hơn n.
Lớp chuyển tiếp có tính chỉnh lưu.
Đặc tuyến vôn-ampe của lớp chuyển tiếp p - n
I ngược nhỏ, hầu như không đổi khi U thay đổi
I thuận lớn, tăng nhanh khi U tăng.
0