Giáo trình môn kỹ thuật điện tử - Chương 3

CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN3.1 CƠ CHẾ BÁN DẪN 3.1.1. Bán dẫn thuần Các nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng tuần hoàn Mendeleep như Gecmani(Ge), Silic(Si) là những nguyên tố có 4 điện tử lớp ngoài cùng. Ở điều kiện bình thường các điện tử đó tham gia liên kết hoá trị trong mạng tinh thể nên chúng không dẫn điện .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình môn kỹ thuật điện tử - Chương 3 Chương 3 CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN3.1 CƠ CHẾ BÁN DẪN3.1.1. Bán dẫn thuần Các nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng tuần hoàn Mendeleep nhưGecmani(Ge), Silic(Si) là những nguyên tố có 4 điện tử lớp ngo ài cùng. Ở điềukiện bình thường các điện tử đó tham gia liên kết hoá trịtrong mạng tinh thể n ên chúng không dẫn điện . Hình 3.1 Ge Ge Getrình bày cấu trúc phẳng của mạng tinh thể Ge Ge GeGecmani,trong đó mỗi nguyên tử đem 4 điện tử ngo àicùng của nó góp với 4 điện tử của 4 nguyên tử khác tạo Ge Ge Gethành các cặp điện tử hoá trị ( ký hiệu bằng dấu chấm đậm H×nh 3.1 CÊu tróc). Khi được kích thích bằng năng lượng từ bên ngoài , một m¹ng tinh thÓsố điện tử có thể bứt ra khỏi liên kết và trở thành điện tử Gecmanitự do dẫn điện như trong kim loại. Nh ư vậy chất bán dẫntrở thành ch ất d ẫn điện. Bán dẫn như vậy gọi là bán d ẫn thuần hay bán dẫn đơnch ất.3.1.2. Bán dẫn tạp . Nh ừng bán dẫn thuần như trên dẫn điện không tốt.Để tăng khả năng dẫnđiện của bán dẫn người ta trộn thêm tạp chất vào bán dẫn thuần để được bán dẫnmới có nồng độ các h ạt dẫn cao gọi là bán dẫn tạp.Bán dẫn tạp có 2 loại là loịa nvà loại pa. Bán dẫn loại cho n. Nếu ta trộn tạp chất thuộc nhóm V của bảng hệ thống tuần hoàn Medeleepvào bán dẫn thuần thì một nguyên tử tạp chất với 5 nguyên tử lớp ngo ài cùng sẽcó 4 điện tử tham gia liên kết với 4 nguyên tử bán dẫn , còn lại là một điện tử tựdo. Ví dụ trên hình 3.2 là bán dẫn Gecmani (ký hiệu Ge) đ ược trộn với asen (As).Tạp chất ở đây đã cho điện tử n ên tạo thành bán d ẫn loại “cho ”, ký hiệu là n. Hạtdẫn điện (hay gọi là động tử)chính ở bán dẫn loại “cho ” n là điện tử với mật độnn.b. Bán dẫn loại lấy p Nếu ta trộn vào vào bán dẫn thuần chất Indi Ge Ge Ge(In)thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn thì để tạo ®iÖn tö Ge As Geđược 4 cặp điện tử liên kết hoá trị với 4 nguyên tử tù do Ge Ge Gebán dẫn,ngo ài 3 điện tử của một nguyên tử In sẽ cómột điện tử của nguyên tử Ge lân cận đư ợc lấy vào. H×nh3.2 CÊu t¹o b¸n dÉn nChỗ mất điện tử sẽ tạo thành lỗ “trống ” mang điện Ge Ge Getích dương(h ình 3.3).Các “lỗ trống ” được tạo th ành Ge In Gehàng loạt sẽ dẫn điện như những điện tích dương. lç trèng Ge Ge GeBán dẫn loại này có tạp chất lấy H×nh3.3CÊu t¹o b¸n 51 dÉn lo¹i pđiện tử nên gọi là bán dẫn loại “lấy” ký hiệu là p. Ở đ ây hạt dẫn chính là “lỗtrống”với mật độ là p p. Cần nói th êm rằng trong bán dẫn loại cho n vẫn có lẫn hạtdẫn phụ là lỗ trống với nồng độ p n, trong bán dẫn loại “lấy”p vẫn có lẫn hạt dẫnphụ là điện tử với mật độ là nP. Nghĩa là pP  nP và nn >pn.3.1.3. Một số hiện tượng vật lý trong bán dẫn Trong bán d ẫn tạp cũng như bán dẫn thuần diễn ra một số quá trình vật lýảnh hưởng đến tính chất dẫn điện của chúng. Ta xét các hiện tượng đó.a. Hiện tượng ion hoá nguyên tử Khi nguyên tử bị ion hoá sẽ phát sinh các hạt dẫn tự do. Kết quả nghiêncứu cho thấy tích số của hai nồng độ hạt dẫn chính và phụ trong bất cứ một bándẫn tạp n ào ở điều kiện cân bằng là một hằng số: nP.p P = nn.p n = const (3.1) Từ(3.1) ta thấy nếu tăng nồng độ của hạt dẫn loại này lên bao nhiêu lần thìnồng độ của hạt dẫn loại kia sẽ giảm đi bấy nhiêu lần. Như vậy muốn thay đổinồng độ của động tử (hạt dẫn) trong bán dẫn tạp ta cần thay đổi nồng độ động tửtrong bán dẫn thuần. Trong bán dẫn loại n số điện tử tự do luôn bằng số ion dương ND+; còntrong bán dẫn loại p số “lỗ trống ” luôn luôn bằng số ion âm NA- của tạp chất.b. Hiện tượng tái hợp của hạt dẫn Trong bán dẫn các ion luôn có thể nhận điện tích để trở th ành nguyên tửtrung tính. Đó là hiện tượng tái hợp. Như vậy cứ một lần tái hợp thì trong bándẫn lại mất đi một cặp điện tích và bán d ẫn lại chuyển sang một trạng thái mới.Khi đó cần quan tâm đến sự gia tăng nồng độ của các hạt dẫn phụ vì chúng có vaitrò quyết định trong cơ chế phát sinh dòng điện trong các dụng ...