Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 4.2 - Hồ Trung Mỹ

Bài giảng Vật lý bán dẫn - Chương 4.2: Chuyển tiếp PN (tiếp theo), cung cấp cho người học những kiến thức như Các mô hình của diode bán dẫn; Điện tích chứa và quá trình quá độ; Đánh thủng chuyển tiếp; Chuyển tiếp dị thể (Heterojunction). Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 4.2 - Hồ Trung MỹĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐTBMĐTGVPT: Hồ Trung MỹMôn học: Vật lý bán dẫn (EE1013) Chương 4 Chuyển tiếp PN (PN Junction) 1 Nội dung 1. Các bước chế tạo cơ bản 2. Điều kiện cân bằng nhiệt 3. Miền nghèo 4. Điện dung miền nghèo 5. Đặc tuyến dòng-áp (I-V) 6. Các mô hình của diode bán dẫn 7. Điện tích chứa và quá trình quá độ 8. Đánh thủng chuyển tiếp 9. Chuyển tiếp dị thể (Heterojunction)10. Các loại diode bán dẫn11. Giới thiệu các ứng dụng của diode bán dẫn 24.6 Các mô hình của diode bán dẫn Các mô hình diode (chưa xét đến đánh thủng ngược) Mô hình diode lý tưởng Mô hình sụt áp hằng Mô hình với điện trở thuận (xấp xỉ bậc 1) (xấp xỉ bậc 2) (xấp xỉ bậc 3) • VON = 0.7V với Si • rD là điện trở thuận = dV/dI tại điểm Q (có VDQ >VON) = VT/IDQ • Q = Quiescent point = điểm tĩnh = điểm hoạt động DC (IDQ, VDQ) 3 Các cấp điện trở• Bán dẫn hoạt động khác nhau với dòng điện DC và AC.• Có 3 loại điện trở – Điện trở tĩnh hay DC : RD = VD/ID – Điện trở động hay AC: rd = ∆VD/ ∆ID định nghĩa tổng quát hơn rd = dVD/dID ( = VT/ID ở điểm VD > VON) – Điện trở AC trung bình: rd = ∆VD/ ∆ID (từ điểm đến điểm)Điện trở tĩnh RD Điện trở động rd Điện trở AC trung bình 4TD: Áp dụng mô hình diode để tìm điểm tĩnh Q của diode Mô hình lý tưởng Mô hình sụt áp hằng Mô hình có rD (TD: VON = 0.7 V) 9.274 mAa) Phân cực thuận a) Phân cực thuận a) Phân cực thuận VD = 0 VD = 0.7 V VD = 0.7 V + VT = 0.726 V ⇒ ID = 10V/1k = 10 mA ⇒ ID = (10 – 0.7)/1k = 9.3mA ⇒ ID = (10 - VD)/1k = 9.274mAb) Phân cực ngược b) Phân cực ngược ID = 0 ⇒ VD = –10 V ID = 0 ⇒ VD = –10 V b) Phân cực ngược ID = 0 ⇒ VD = –10 V 5 Phương trình diode   qv D     v   i D = I S  exp  − 1 = I S  exp D  − 1   nkT     nVT  với IS = dòng bão hòa ngược (A) vD = điện áp đặt trên diode (V) q = điện tích điện tử (1.60 x 10-19 C) k = hằng số Boltzmann (1.38 x 10-23 J/K) T = nhiệt độ tuyệt đối Kelvin n = hệ số không lý tưởng VT = kT/q = điện áp nhiệt (V) (25 mV nhiệt độ phòng [T=300K])IS có trị tiêu biểu trong tầm từ 10-18 đến 10-9 A, và phụ thuộcnhiều nhiệt độ do nó phụ thuộc vào ni2. Hệ số không lý tưởngcó trị tiêu biểu gần 1, nhưng gần với 2 với dụng có mật độdòng cao. 6 Dòng diode với các cách phân cực• Phân cực ngược:   v   iD = IS exp D  −1 ≅ IS [0 −1] ≅ −IS   nVT  • Phân cực Zero: (không phân cực)   v   iD = IS exp D  −1 ≅ IS [1−1] ≅ 0   nVT  • Phân cực thuận:   v    vD  iD = IS exp D  −1 ≅ IS exp    nVT    nVT  7 Giải tích mạch diode: Cơ sở Phương trình vòng của mạch bên: V = I D R + VD Nó cũng được gọi là đường tải (load line) của diode (DCLL=DC Load Line). Nghiệm của phương trình này có thể tìm bằng:V và R có thể biểu diễn tương • Giải tích đồ thị dùng phươngđương Thévenin của 1 mạng 2 cực pháp đường tải.phức tạp hơn. Đối tượng của giải • Giải tích với mô hình toán củatích mạch diode là tìm điểm [làm diode.việc] tĩnh (quiescent operating • Giải tích đơn giản hóa với môpoint) Q của diode, nghĩa dòng và hình diode lý tưởng.áp DC ở diode. • Giải tích đơn giản hóa với mô hình sụt áp hằng. 8Giải tích đường tải (thí dụ) Vấn đề: Tìm điểm Q Cho trước: V=10 V, R=10kΩ. Giải tích: 10 = I 104 + V D D Để định nghĩa đườg tải, ta dùng, VD= 0 I D = (10V / 10kΩ) = 1mA VD= 5 V, ID =0.5 mA Giao của 2 đường này cho nghiệm: Điểm Q = (0.95 mA, 0.6 V) 9 Đường tải DC (DC Load Line) I (mA) I R1 70 60 25 Ω 50 Diode characteristic VS 40 DC load line D1 VF 1.5 V 30 20 10 VF (V) 0.4 0.8 1.2 1.5Phương trình đường tải: VS ...