Cách tạo ra hạt tải điện trong chất bán dẫn

Có những loại vật liệu không thể xem là kim loại hoặc chất điện môi, đó là chất bán dẫn.

1. Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện trở suất của điện môi. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm. Ta gọi đó là sự dẫn nhiệt riêng của chất bán dẫn. Điều này ngược lại với sự phụ thuộc của điện trở suất của các kim loại vào nhiệt độ.

2. Điện trở suất của chất bán dẫn rất nhạy cảm với tạp chất. Chỉ cần một lượng tạp chất nhỏ [khoảng 10-6% đến 10-3%] cũng đủ làm điện trở suất của nó ở lân cận nhiệt độ phòng giảm rất nhiều lần. Lúc này, ta nói sự dẫn điện cuả chất bán dẫn là dẫn điện tạp chất.

3. Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hoá khác.

Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Để hiểu được tính chất điện của chất bán dẫn, trước hết cần xác định hạt tải điện trong chất bán dẫn mang điện tích gì. Có thể lấy một thỏi bán dẫn và giữ một đầu ở nhiệt độ cao, một đầu ở nhiệt độ thấp. Chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, nên đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.

Êlectron và lỗ trống

– Trong cả hai loại bán dẫn p và n, thực ra dòng điện đều do chuyển động của êlectron sinh ra. Khi tạo thành tinh thể silic, mỗi tinh thể silic có bốn êlectron hoá trị nên vừa đủ để tạo ra bốn liên kết với bốn nguyên tử lân cận.

– Các êlectron hoá trị đều bị liên kết, nên không tham giá vào việc dẫn điện.

– Khi một êlectron bị rứt khỏi mối liên kết, nó trở nên tự do và thành hạt tải điện gọi là êlectron dẫn, hay gọi tắt là êlectron. Chỗ liên kết đứt sẽ thiếu một êlectron nên mang điện dương. Khi một êlectron từ mối liên kết của nguyên tử silic lân cận chuyển tới đấy thì mối liên kết đứt sẽ di chuyển ngược lại. Chuyển động của êlectron liên kết bây giờ có thể xem như chuyển động của một điện tích dương theo chiều ngược. Nó cũng được xem là hạt tải điện mang điện dương và gọi là lỗ trống

=> Vậy, dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các êlectron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

Tạp chất cho [đôno] và tạp chất nhận [axepto]

– Hạt tải điện trong bán dẫn loại n chủ yếu là êlectron. Ta gọi là tạp chất cho [đôno]

– Hạt dẫn điện trong bán dẫn loại p chủ yếu là lỗ trống. Ta gọi là tạp chất nhận [axepto]

Lớp chuyển tiếp p – n

Lớp chuyển tiếp p – n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.

Lớp nghèo

Tại lớp nghèo tiếp p – n do sự khuếch tán và tái hợp giữa các êlectron và lỗ trống nên hình thành một lớp không có các hạt tải điện gọi là lớp nghèo. Điện trở lớp nghèo rất lớn.

Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Qua lớp tiếp xúc p – n dòng điện chỉ chạy từ p sang n gọi là chiều thuận, chiều kia gọi là chiều ngược. Vậy lớp chuyển tiếp p – n có tính chỉnh lưu.

Hiện tượng phun hạt tải điện

Khi qua lớp tiếp xúc p-n dòng điện chạy từ p sang n theo chiều thuận các hạt tải điện có thể đi vào lớp nghèo đi tiếp sang miền đối diện ta nói có sự phun hạt tải.

 Điốt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điốt bán dẫn

Điốt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p -n, có tính chỉnh lưu và được dùng để lắp mạch chỉnh lưu biến điện xoay chiều thành một chiều.

Tranzito lưỡng cực n-p-n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

1. Hiệu ứng tranzito: Là hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RcB

2. Tranzito lưỡng cực n-p-n

– Một lớp bán dẫn loại p rất mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n thực hiện trên một tinh thể bán dẫn [Ge, Si, …] là một tranzito n-p-n.

– Tranzito có khả năng khuếch đại tín hiệu điện và dùng để lắp bộ khuếch đại và các khóa điện tử.

Trên đây là những kiến thức liên quan đến dòng điện trong chất bán dẫn do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ đem đến cho các bạn những kiến thức cần thiết nhé!

I. Chất bán dẫn và tính chất

Nhiều chất không thể xem là kim loại hoặc điện môi [tiêu biểu là gemani và silic] được gọi là chất bán dẫn hoặc gọi tắt là bán dẫn.

Tính chất:

- Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm gọi là sự dẫn điện riêng của chất bán dẫn.

- Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.

- Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hoá khác.

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Lấy một thỏi bán dẫn và giữ một đầu ở nhiệt độ cao, một đầu ở nhiệt độ thấp. Chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, nên đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.

- Thí nghiệm với mẫu silic pha tạp phôtpho [P], asen [As], hoặc antimon [Sb], chứng tỏ hạt tải điện trong đó mang điện âm gọi là loại n.

- Với mẫu silic pha tạp bo [B], nhôm [Al], hoặc gali [Ga], thí nghiệm chứng tỏ hạt tải điện mang điện dương gọi là loại p.

2. Êlectron và lỗ trống

Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là êlectron và lỗ trống.

Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự do và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.

3. Tạp chất cho [đôno] và tạp chất nhận [axepto]

Bán dẫn chứa đôno [tạp chất cho] là loại n, có mật độ êlectron rất lớn so với mật độ lỗ trống. Bán dẫn chứa axepto [tạp chất nhận] là loại p, có mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ êlectron.

III. Lớp chuyển tiếp p-n

Là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.

1. Lớp nghèo

Ở lớp chuyển tiếp p-n hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo. Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương và về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.

Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì lớp nghèo có hạt tải điện và trở nên dẫn điện. Vì vậy sẽ có dòng điện chạy qua lớp nghèo từ miền p sang miền n [chiều thuận]. Khi đảo chiều điện trường ngoài, dòng điện không thể chạy từ miền n sang miền p [chiều ngược].

3. Hiện tượng phun hạt tải điện

Khi dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện gây ra hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác. Tuy nhiên, chúng không thể đi xa quá khoảng 0,1 mm.

IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p–n. Vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p đến n, nên khi nối nó vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều. Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu nên được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành một chiều.

V. TranZito lưỡng cực n-p-n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

1. Hiệu ứng tranzito

Xét một tinh thể bán dẫn trên đó có tạo ra một miền p và hai miền n1 và n2 như hình vẽ. Mật độ êlectron trong miền n2 rất lớn so với mật độ lỗ trống trong miền p. Trên các miền này có hàn các điện cực C, B, E. Điện thế ở các cực E, B, C giữ ở các giá trị VE = 0, VB vừa đủ để lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận, VC có giá trị tương đối lớn [cỡ 10 V].

- Khi miền p dày: không có hiệu ứng tranzito.

- Khi miền p mỏng: có hiệu ứng tranzito.

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

2. Tranzito lưỡng cực n-p-n

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

Ứng dụng phổ biến nhất của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và khoá điện tử.

Page 2

SureLRN