Giáo trình Kỷ Thuật Điện Tử - Ths Lê Xứng - ĐHBK ĐH Đà Nẵng

CHƯƠNG 1: CHẤT BÁN DẪN1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của ngh ành Điện tử Vào năm 1947, tại phòng thí nghiệm của Bell, John Bardeen v à Walter Brattain đã thành công trong việc phát minh Transistor l ưỡng cực BJT(Bipolar Junction Transistor). Đây là một bước ngoặt đánh dấu sự bắt đầu của thời đại bán dẫn. Phát minh này và một chuỗi phát triển của công nghệ vi điện tử đ ã thật sự làm thay đổi cuốc sống loài người. 1948 Transistor đầu tiên ra đời. Đây là một cuộc Cách mạng của ng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kỷ Thuật Điện Tử - Ths Lê Xứng - ĐHBK ĐH Đà Nẵng CHƯƠNG 1: CH ẤT BÁN DẪN1.1. Sơ lư ợc về lịch sử phát triển của ngh ành Điện tử Vào năm 1947, t ại phòng thí nghi ệm của Bell, John Bardeen v à Walter Brattainđã thành công trong vi ệc phát minh Transistor l ưỡng cực BJT(Bipolar JunctionTransistor). Đây là m ột bước ngoặt đánh dấu sự bắt đầu của thời đại bán dẫn. Phátminh này và m ột chuỗi phát triển của công nghệ vi điện tử đ ã thật sự làm thay đ ổicuốc sống lo ài ngư ời. 1948 Transistor đ ầu tiên ra đời. Đây l à một cuộc Cách mạng của ng ành điện tử. 1950 M ạch điện t ử chuyển sang d ùng transistor Hệ máy tính d ùng linh ki ện bán dẫn dạng rời rạc ra đời (thế hệ II) 1960 M ạch tích hợp ra đời (IC:Intergrated Circuit) H ệ máy tính d ùng IC ra đ ời(thế hệ III) 1970 Các m ạch tích hợp mật độ cao h ơn ra đ ời (MSI, LSI, VLSI) MSI: Medium Scale Intergrated Circuit LSI: Large Scale Intergrated Circuit VSI:Very Large Scale Intergrated Circuit 1980 đến nay Điện tử đ ược ứng dụng rộng r ãi trong các lãnh v ực như y tế, điềukhiển tự động, phát thanh, truyền h ình…1.2. Linh ki ện điện tử:Ta xét hai lo ại linh kiện c ơ bản sau: Linh kiện thụ động: Có các thông s ố không đổi d ưới tác dụng d òng điện: điện trở, tụ, cuộn cảm … Linh kiện tích cực: Có các thông s ố thay đổi d ưới tác dụng d òng điện: Diod, Transistor l ưỡng cựcBJT( Bipolar Jun ction Transistor): …1.3. Chất bán dẫn:1.3.1.Chất bán dẫn thuần: Năng lư ợng Vùng dẫn của Si Vùng cấm Vùng hoá tr ị của Si Hình 1.1. Giản đồ năng l ượng của Si Hai chất bán dẫn ti êu biểu là: Silicon(Si) và Ge(Germanium). Si là chất bán dẫn m à tại nhiệt độ ph òng có r ất ít e ở v ùng dẫn trong mạng tin hthể. Vì dòng điện tỷ lệ với số l ượng e n ên dòng điện trong tinh thể rất nhỏ. Ở nhiệtđộ phòng, e ở vùng hoá tr ị nhảy lên vùng d ẫn để lại lỗ trống tại vị trí chứa nómang đi ện tích d ương. Hi ện tượng này gọi là sự phát sinh điện tử -lỗ trống. Năng lư ợng Vùng dẫn của Si Vùng hoá tr ị của Si Hình 1.2. Sự di chuyển của điện tử v à lỗ trống trong Si khi có nguồn điện Nếu đặt nguồn điện nh ư hình vẽ thì e di chuy ển về cực d ương của nguồn. E ởvùng hoá tr ị cũng có thể di chuyển về cực d ương của nguồn nếu nó có đủ nănglượng để từ mức năng l ượng của nó lên m ức năng l ượng của lỗ trống. Khi e n àynhập vào lỗ trống th ì nó để lại một lỗ trống ở phía sau. V ì thế làm lỗ trống dichuyển về cực âm của nguồn. D òng điện trong chất bán dẫn l à tổng 2 th ành phần:dòng do e trong vùng d ẫn và dòng do l ỗ trống tro ng vùng hoá tr ị. E di chuyển vềcực dương nhanh hơn l ỗ trống di chuyển về cực âm v ì khả năng e có đủ nănglượng cần thiết để nhảy l ên vùng d ẫn lớn h ơn khả năng e có đủ năng l ượng đểnhảy đến vị trí trống trong v ùng hóa tr ị. Vì vậy dòng e lớn hơn dòng lỗ trống trongSi. Tuy nhiên dòng này v ẫn nhỏ n ên Si là cách đi ện.1.3.2 Ch ất bán dẫn tạp:1.3.2.1. Ch ất bán dẫn tạp loại N Năng lượng Vùng dẫn của Si Mức năng l ượng của tạp chất donor Vùng hoá tr ị của Si Hình 1.3. Giản đồ năng l ượng của chất bán dẫn tạp loại N Chất bán dẫn tạp loại N l à chất bán dẫn có đ ược khi pha th êm một chấtthuộc nhóm V trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendel eep vào ch ất bán dẫn thuần.Ta xét trư ờng hợp pha tạp P v ào chất bán dẫn thuần Si. Điều n ày tương ứng làmxuất hiện mức năng l ượng của tạp chất donor sát đáy v ùng dẫn. Vì thế ở nhiệt độphòng các e c ủa nguyên tử P nhảy l ên vùng d ẫn của Si. V ì vậy nguyên tử tạp chấtdễ bị ion hoá th ành ion dương. Ngoài ra cơ ch ế phát sinh cặp hạt dẫn điện tử –lỗtrống xảy ra giống nh ư cơ ch ế ở chất bán dẫn thuần với mức độ yếu h ơn vì mứcnăng lư ợng của tạp chất donor ở sát đáyv ùng d ẫn. Gọi nn: mật độ điện tử trong v ùng dẫn, pn: mật độ lỗ trống trong v ùng hoátrị, thì nn>>pn.Vậy dòng điện trong chất bán dẫn loại N chủ yếu do điện tử tạo n êngọi là hạt dẫn đa số, c òn lỗ trống gọi l à hạt thiểu số.1.3.2.2. Ch ất bán dẫn tạp loại P: Chất bán dẫn tạp loại P l à chất bán dẫn có đ ược khi pha th êm một chấtthuộc nhóm III trong bảng hệ thống tuần ho àn Mendeleep vào ch ất bán dẫn thuần.Ta xét trư ờng hợp pha tạp các nguy ên tử As vào chất bán dẫn thuần Si. Điều n àytương ứng làm xuất hiện mức năng l ượng gọi l à mức tạp chất accep ...