Bài giảng về Cấu kiện điện tử - Chương 3

Linh kiện tích cựcI. lớp chuyển tiếp P-n 1. Sự hình thành lớp chuyển tiếp P – N và tính chất của nó Trên một phiến tinh thể đơn bằng ph-ơng pháp công nghệ nào đó (plana khuếch tán – epitaxi) ta nhận đ-ợc 2 miền: một miền chứa tạp chất acceptor (miền P) và một miền chứa tạp chất donor (miền N). Ranh giới tiếp xúc của 2 miền P và N đ-ợc gọi là lớp tiếp xúc công nghệ hay lớp tiếp xúc luyện kim hay lớp chuyển tiếp P – N. Nghĩa là, để nhận đ-ợc...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng về Cấu kiện điện tử - Chương 3 Ch−¬ng III: Linh kiÖn tÝch cùc Ch−¬ng III Linh kiÖn tÝch cùcI. líp chuyÓn tiÕp P-n1. Sù h×nh thµnh líp chuyÓn tiÕp P – N vµ tÝnh chÊt cña nã Trªn mét phiÕn tinh thÓ ®¬n b»ng ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ nµo ®ã (plana khuÕcht¸n – epitaxi) ta nhËn ®−îc 2 miÒn: mét miÒn chøa t¹p chÊt acceptor (miÒn P) vµ métmiÒn chøa t¹p chÊt donor (miÒn N). Ranh giíi tiÕp xóc cña 2 miÒn P vµ N ®−îc gäi lµlíp tiÕp xóc c«ng nghÖ hay líp tiÕp xóc luyÖn kim hay líp chuyÓn tiÕp P – N. NghÜa lµ,®Ó nhËn ®−îc chuyÓn tiÕp P – N trªn thùc tÕ kh«ng thÓ lÊy 2 phiÕn b¸n dÉn P vµ N ghÐpvíi nhau mét c¸ch ®¬n gi¶n mµ ng−êi ta ph¶i tiÕn hµnh pha t¹p chÊt vµo b¸n dÉn thuÇnsau ®ã pha tiÕp t¹p chÊt kh¸c lo¹i ®Ó nã chuyÓn tõ lo¹i P sang lo¹i N hoÆc ng−îc l¹i. T¹in¬i chuyÓn ®Æc tÝnh ®iÖn h×nh thµnh chuyÓn tiÕp P - N vµ ®ã chÝnh lµ sù qu¸ ®é tõ b¸ndÉn P sang N hoÆc ng−îc l¹i. MÆt tiÕp xóc chØ n¬i nång ®é donor b»ng nång ®é acceptor. P N P N MÆt tiÕp xóc CÊu tróc cña tiÕp xóc P - N vµ ph©n bè ®iÖn tÝch ©m/d−¬ng trong vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian Tuú theo sù ph©n bè t¹p chÊt t¹i miÒn gÇn bÒ mÆt tiÕp xóc, ng−êi ta chia chuyÓntiÕp P - N thµnh 2 lo¹i chÝnh lµ: + ChuyÓn tiÕp P - N nh¶y bËc nÕu sù biÕn ®æi nång ®é t¹p chÊt x¶y ra ®ét ngét + ChuyÓn tiÕp P - N tuyÕn tÝnh nÕu sù biÕn ®æi nång ®é t¹p chÊt x¶y ra tõ tõ H×nh d−íi ®©y biÓu diÔn kiÓu pha t¹p tuyÕn tÝnh vµ nh¶y bËc N(x) N(x) Na Na Nd NdPham Thanh Huyen_GTVTCh−¬ng III: Linh kiÖn tÝch cùc Tuy nhiªn ®Æc tÝnh cña c¶ 2 lo¹i nµy gièng nhau nªn trong qu¸ tr×nh nghiªn cøuchuyÓn tiÕp P - N ta kh«ng cÇn chó ý tíi chuyÓn tiÕp P - N thuéc lo¹i nµo. ChuyÓn tiÕp P-N lµ mét d¹ng tiÕp xóc phi tuyÕn cã tÝnh chÊt dÉn ®iÖn kh«ng ®èixøng theo hai chiÒu ®iÖn ¸p ®Æt vµo. Khi ch−a cã ®iÖn ¸p ngoµi ®Æt vµo chuyÓn tiÕp P-N ë d¹ng c©n b»ng nhiÖt ®éng vµkh«ng cã dßng qua nã. C¸c ion ©m bªn P vµ ion d−¬ng bªn N t¹o nªn mét ®iÖn tr−êngtrong gäi lµ ®iÖn tr−êng tiÕp xóc Etx h−íng tõ N sang P lµm c©n b»ng dßng khuÕch t¸ncña c¸c h¹t dÉn ®a sè (do sù chªnh lÖch nång ®é) vµ dßng tr«i cña c¸c h¹t thiÓu sè (do®−îc Etx gia tèc). ChÝnh v× vËy, tr¹ng th¸i nµy cña chuyÓn tiÕp P-N gäi lµ tr¹ng th¸i c©nb»ng ®éng (cã hai dßng ng−îc nhau qua chuyÓn tiÕp nh−ng dßng tæng b»ng 0). MiÒn ®−îc t¹o thµnh tõ c¸c khèi ion ©m vµ d−¬ng gäi lµ miÒn ®iÖn tÝch kh«ng gian(SCR) hay miÒn nghÌo v× hÇu nh− kh«ng cã h¹t dÉn tù do ë ®©y. §Æc tÝnh ®iÖn cña miÒnnµy sÏ quyÕt ®Þnh ®Æc tÝnh ®iÖn cña chuyÓn tiÕp P-N.2. Líp chuyÓn tiÕp P – N ph©n cùc thuËn (Forward Bias) Khi ®Æt mét ®iÖn tr−êng ngoµi lªn líp chuyÓn tiÕp P -N theo chiÒu cùc d−¬ng nèi víi P vµ cùc ©m nèi víi N th×chuyÓn tiÕp P - N ®−îc gäi lµ ph©n cùc thuËn. Xem h×nhbªn E tx §iÖn tr−êng ngoµi ng−îc chiÒu víi ®iÖn tr−êng tiÕp Ithxóc vµ ph¸ vì tr¹ng th¸i c©n b»ng cña chuyÓn tiÕp P - N.Cùc d−¬ng cña nguån ®iÖn ¸p ngoµi sÏ ®Èy c¸c lç trèng tõbªn P vÒ phÝa bªn N vµ bÞ hót vÒ cùc ©m cña nguån. Ng−îc l¹i, cùc ©m cña nguån ®Èyelectron bªn N vÒ phÝa bªn P vµ bÞ hót vÒ d−¬ng nguån t¹o thµnh m¹ch kÝn. Nh− vËy,nguån ®iÖn ¸p ngoµi ®· lµm cho c¸c h¹t dÉn ®a sè dÔ dµng di chuyÓn qua chuyÓn tiÕp t¹othµnh dßng thuËn Ith. Thùc chÊt ®©y lµ dßng tæng cña dßng khuÕch t¸n vµ dßng tr«inh−ng dßng khuÕch t¸n lín h¬n nhiÒu so víi dßng tr«i. Dßng ®iÖn thuËn t¨ng theo quy luËt hµn mò cïng víi sù t¨ng cña ®iÖn ¸p ngoµitheo chiÒu thuËn: ⎡ ⎤ q.E ng q.S i P ( 0) = ) − 1⎥ .DP . p ( N ) .⎢exp( ⎣ ⎦ LP . KTTrong ®ã: q: ®iÖn tÝch cña ®iÖn tö (q = 1,6.10-19 C) S: diÖn tÝch tiÕp xóc LP: ®é dµi khuÕch t¸n cña lç trèng DP: hÖ sè khuÕch t¸n cña lç trèng p(N): nång ®é lç trèng ë b¸n dÉn l¹i N Eng: ®iÖn ¸p ngoµi (+) iP(0): mËt ®é dßng lç trèng ®i qua chuyÓn tiÕp Nh÷ng h¹t dÉn ®a sè sau khi v−ît qua chuyÓn tiÕp P - N sang phÝa b¸n dÉn bªn kiagäi lµ c¸c h¹t thiÓu sè tréi vµ hiÖn t−îng nµy g ...