Bài giảng Kỹ thuật điện điện tử: Chương 8 - ĐH Bách khoa

Mời các bạn cùng tham khảo Bài giảng Kỹ thuật điện điện tử của ĐH Bách khoa trong chương 8 này các bạn sẽ được tìm hiểu các vấn đề về diode và các mạch ứng dụng như: Tổng quan về chất bán dẫn, tóm tắt về cấu trúc nguyên tử, chất dẫn điện, chất cách điện và chất bán dẫn, so sánh cấu trúc nguyên tử của chất dẫn điện và chất bán dẫn, tính dẫn điện trong vật liệu bán dẫn, diode,... Tài liệu rất hữu ích đối với các bạn sinh viên ngành điện - điện tử.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật điện điện tử: Chương 8 - ĐH Bách khoaKỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 8 257CHƯƠNG 08 DIODEVÀCÁCMẠCHỨNGDỤNG8.1.TỔNG QUAN VỀ CHẤT BÁN DẪN:8.1.1.TÓM TẮT VỀ CẤU TRÚC NGUYÊN TỬ Theo lý thuyết cổ điển, nguyên tử là thành phần nhỏ nhất của phần tử còn duy trì được đặc tính của phần tử đó. Mẫu nguyên tử theo Borh bao gồm: nhân chứa các hạt mang điện tích dương được gọi là proton và các hạt mang điện tích âm là electron chuyển động trên các quỉ đạo bao quanh nhân. Với các nguyên tử khác loại số lượng electron và proton trên mỗi nguyên tử có giá trị khác nhau, xem hình H8.1. Các nguyên tử được sắp xếp thứ tự trên bảng phân loại tuần hoàn tương ứng với “nguyên tử số” (atomic number). Nguyên tử số được xác định theo số lượng proton chứa trong nhân. Trong điều kiện bình thường các nguyên tử ở trạng thái trung hòa, mỗi nguyên tử có số lượng electronHÌNH H 8.1 và proton bằng nhau. Các điện tử chuyển động trên các tầng quỉ đạo quanh nhân với các khoảng cách khác nhau. Mỗi tầng quỉđạo điện tử tương ứng với mức năng lượng khác nhau. Quỉ đạo điện tử càng gần nhân điệntử có mức năng lượng thấp và khi quỉ đạo càng xa nhân mức năng lượng điện tử cao hơn. Trong nguyên tử những quỉ đạo được ghép thànhnhóm trong các băng năng lượng (energy bands) được gọi làshell. Tương ứng với nguyên tử chọn trước số lượng shells cốđịnh. Mỗi shell có số điện tử tối đa cố định tại các mức nănglượng cho phép. Mức năng lượng chênh lệch giữa các quỉđạo trong cùng một shell phải nhỏ hơn mức năng lượngchênh lệch giữa hai shell kế cận nhau. Các shell được đánhsố thứ tự 1, 2 , 3 ..từ trong nhân ra ngoài , xem hình H 8.2. Các điện tử càng xa nhân có mức năng lượng càngcao nhưng kém liên kết chặt với nguyên tử so với các điện tửnằm gần nhân. Lớp shell nằm ngoài cùng được gọi làvalence shell (lớp vỏ hóa trị) và các điện tử trong tầng nàyđược gọi là điện tử hóa trị. Các điện tử hóa trị tham gia vào cácphản ứng hóa học, kết nối trong cấu trúc vật liệu cũng như cáctính chất về điện của vật liệu. Khi nguyên tử hấp thu nhiệt năng hay quang năng, HÌNH H 8.2năng lượng của các điện tử gia tăng. Các điện tử hóa trị cókhả năng nhảy đến tầng quỉ đạo có mức năng lượng cao hơn trong shell hóa trị. Khi cácđiện tử hóa trị hấp thụ năng lượng ngoài đủ để thoát khỏi lớp shell ngoài cùng của nguyên tử, bâygiờ nguyên tử mang điện tích dương do số lượng proton bây giờ nhiều hơn lượng electron. Quátrình mất các điện tử hóa trị được gọi là sự ion hóa và nguyên tử bây giờ được gọi là iondương. Các điện tử hóa trị thoát ra khỏi nguyên tử được gọi là electron tự do. Khi cácelectron hóa trị mất năng lượng và trở về tầng quỉ đạo trên shell ngoài cùng của nguyên tửtrung hòa cho ta ion âm. Tổng số lượng điện tử tối đa trên một shell của nguyên tử được xác định theo quan hệ: Ne  2n2 (8.1) Trong đó, là số thứ tự của shell tính từ trong nhân ra phía ngoài.Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009 258 KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 88.1.2.CHẤT DẪN ĐIỆN, CHẤT CÁCH ĐIỆN VÀ CHẤT BÁN DẪN: Tất cả vật liệu được tạo thành từ các nguyên tử. Những nguyên tử này có liên quan đến đặc tính điện bao gồm cả tính dẫn điện của vật liệu. Với mục tiêu khảo sát các tính chất điện của vật liệu, nguyên tử được biểu diễn bởi các điện tử hóa trị và phần lỏi bao gồm nhân và các shell bên trong. Carbon là loại vật liệu được dùng làm điện trở có nguyên tử bao gồm 4 electrons hóa trị trên shell hóa trị và 2 electron trên tầng trong cùng, nhân bao gồm 6 protons và 6 neutrons. Ta nói phần lỏi (core) của nguyên tử có tổng điện tích là +4 (do 6 protons và 2 electronsHÌNH H 8.3 tạo nên, xem hình H8. ...