Tài liệu tham khảo: Chất bán dẫn

Bán dẫn là chất có cấu trúc nguyên tử tương đốiđặc biệt. Các điện tử vành ngoài không dễ dàng tách khỏi hạt nhân nhưvật liệu dẫn điện nhưng cũng không ràng buộc quá chặt với hạt nhânnhư vật liệu cách điện. Các loại bán dẫn thông dụng là Ge, Si.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu tham khảo: Chất bán dẫn 1. Chất bán dẫn : Bán dẫn là chất có cấu trúc nguyên tử tương đối đặc biệt. Các điện tử vành ngoài không dễ dàng tách khỏi hạt nhân như vật liệu dẫn điện nhưng cũng không ràng buộc quá chặt với hạt nhân như vật liệu cách điện. Các loại bán dẫn thông dụng là Ge, Si. Với cấu trúc như vậy nên tính dẫn điện của bán dẫn nằm giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện. 1. Người ta chia chất bán dẫn thành 2 loại : bán dẫn loại P và bán dẫn loại N. Chất bán dẫn loại P : là loại vật liệu bán dẫn hầu như không có điện tửtự do. Nó dẫn điện nhờ lỗ trống nên được gọi là bán dẫn lỗ trống hay bándẫn loại P. Trong chất bán dẫn loại P nồng độ lỗ trống cao hơn nồng độ điệntử vì vậy lỗ trống được gọi là hạt mang đa số và điện tử là hạt mang thiểusố. Bán dẫn loại N : là loại vật liệu bán dẫn mà hạt mang điện tử rất nhiều,chúng là đa số. Số lượng hạt mang lỗ trống là rất ít nó là tối thiểu. Dẫn điệnở đây chủ yếu dựa vào điện tử nên gọi là bán điện tử hay bán dẫn loại N. Chất bán dẫn sạch : vật liệu bán dẫn thuần khiết được gọi là bán dẫnsạch. Hạt dẫn điện của bán dẫn sạch là điện tử hoặc lỗ trống, Lỗ trống : để làm rõ bản chất lỗ trống ta xem xét cấu trúc của Ge và Si :trong nguyên tử ở vành ngoài cùng chúng đều có 4 điện tử .Si: có 14 điện tử : 2 - 8 - 4 (hoá trị 4)Ge có 32 điện tử : 2 - 8 - 18 - 4 (hoá trị 4)Khi sắp xếp thành tinh thể, 4 điện tử vành ngoài không những không chịu ảnhhưởng của hạt nhân mà còn liên kết với 4 nguyên tử đứng xung quanh. • Hai nguyên tử cạnh nhau có đôi điện tử góp chung đó là mối liên đồng hoá trị. Xem hình vẽ : • Trong điều kiện nhất định nào đó (nhiệt độ) chuyển động nhiệt đã làm cho một số điện tử thoát khỏi sự ràng buộc của hạt nhân trở thành điện tử tự do và để lại một lỗ trống. • ở lỗ trống, điện tử kế cận rơi vào đó và lại tạo nên lỗ trống mới ở cạnh. Từ đó đã gây nên sự di chuyển của lỗ trống. Sự di chuyển này tương tự như sự di chuyển của hạt nhân mang điện dương.Như vậy, trong chất bán dẫn hạt mang điện là điện tử tự do mang điện âm vàlỗ trống mang điện dương . khi có điện áp đặt vào, chuyển động của điện tửtự do và lỗ trống sẽ tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn.Trong quá trình chuyển động có lúc điện tử và lỗ trống tái hợp.Ở điều kiện nhất định sự phát xạ và sự tái hợp của các điện tử và lỗ trốngdiễn ra không ngừng nhưng quá trình luôn ở mức cân bằng động nhất định. Bán dẫn pha tạp chất:Chất bán dẫn sạch có điện có điện tử tự do và lỗ trống, tuy nhiên mật độ cáchạt mang điện đó là thấp nên khả năng dẫn điện nói chung là kém.Khi pha thêm tạp chất vào bán dẫn sạch, có khả năng làm tăng tính dẫn địenlên rất nhiều nhờ vậy nó có nhêìu ứng dụng quan trọng. Với Si khi pha thêm B: ( bán dẫn loại P )B là nguyên tố hoá trị 3, có 3 điện tử vành ngoài, khi liên kết đồng hoá trị vớiSi thì mỗi nguyên tử B sẽ hình thành một lỗ trống .Vì số lượng B pha là nhỏ nên không làm thay đổi cấu trúc cơ bản của tinhthể Si song nó lại làm tăng số lỗ trống lên rất nhiều.Vật liệu bán dẫn loại này dẫn điện yếu nhờ lỗ trống, vì vậy lỗ trống đượcgọi là hạt đa số và vật liệu bán dẫn lỗ trống được gọi là bán dẫn loại P. Với Si pha thêm P ( bán dẫn loại N) • Nếu khuyếch tán nguyên tố hoá trị 5 như P vào đơn tinh thể Si thì xảy ra khác hẳn. P có 5 điện tử hoá trị, khi liên kết đồng hoá trị với Si , chỉ 4 điện tử hoá trị của P ghép chung với Si, còn 1 điện tử của P thừa chịu ràng buộc yếu với hạt nhân, nó trở thành điện tử tự do và là hạt dẫn đa số. • Chất bán dẫn này hạt dẫn đa số là điện tử, hạt mang thiểu số là lỗ trống. Chất bán dẫn điện tử gọi là bán dẫn loại N. 2. Lớp tiếp xúc P-N:Khi ghép 2 tấm bán dẫn P và N với nhau. Do nồng độ điện tử và lỗ trống ở 2tấm khác nhau nên có sự khuyếch tán ngược sang nhau.Sự khuyếch tán sẽ dừng lại khi hình thành điện trường nội đủ lớn ngăn lạisự chuyển động của điện tử và lỗ trống .Khi có sự cân bằng, ở lớp tiếp xúc hình thành một miền mà ở đó không cóđiện tích không gian nữa ( điện tử và lỗ trống ), ở đây thiếu các hạy dẫn nêngọi là vùng nghèo kiệt, ở điều kiện thường độ dày vùng nghèo kiệt lớp tiếpxúc này là khoảng vài chục µm. Độ dày này có thể thay đổi tuỳ thuộc điềukiện tác động bên ngoài như nhiệt độ, điện trường ngoài.Ta khảo lớp tiếp xúc PN khi có tác dụng của điện trường ngoài. • Khi có điện áp thuận đặt vào lớp PN: làm cho vung nghèo kiệt thu hẹp lại. Sự cản trở của vùng nghèo kiệt giảm và tính dẫn điện qua lớp tiếp xúc tăng. Có thể nói: Khi có điện áp thuận đặt vào, điện trở lớp tiếp xúc trở nên rất nhỏ - tính dẫn điện là tốt hơn. • Khi có điện áp thuận đặt vào lớp PN:Khi có điện trường ngoài cung chiều với điện trường trong vùng nghèo kiệtlàm tăng thêm độ rông. Sự cản trở chuyển động các hạt mang tăng lên có thểnói : khi có điện áp ngược đặt vào lớp tiếp xúc tăng lên. 3.2.2.ĐIODBÁNDẪN:Cấutạo: ĐiốtbándẫnlàmộtlớptiếpxúcPNđượcnốicácđiệncựcvàđóngvỏ,cácchấtbándẫnthôngdụnglàGe(loạiPvàN)vàSi(loạiPvàN).Điốtcónhiềuloạivàđượcdùngvàonhiềumụcđíchkhácnhau:tầnsốcao,tầnsốthấp,côngsuấtlớn,côngsuấtnhỏ,điốtổnáp...ĐặctuyếnVonAmpecủađiốt:Sựphụthuộcdòngđiệquađiốtvàhiệuđiệnthếdặtvàohaiđầuđiốtđượcbiểudiẽnbởipháttriểnphươngtrình: • Idòngđiệnquađiốt. • ISDòngbảohoànghịch. • Vt=kt/qđươnglượngđiệnápcủanhiệtđộ. • K=1,381.1023/0K,biếtq=1,6.1019Cnênvt=1/1600 • ởT0K=3000Kthìvt=26mVDòngthuận: • Khicóđiệnápthuậnđặtvàodòngđi ...