Phần 1 cuốn sách Tìm hiểu các mạch điện tử của bộ khuếch đại bộ lọc và bộ vi xử lý giới thiệu tới người đọc các nội dung: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn, các điốt, nhận biết ứng dụng điôt chung, các ứng dụng chung của điôt. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 2Ky su TRUNG MINH và Nhóm cộng tác f | — TỦ SÁCH
_ Thiết He Mach Bién Ti Ung Ủụng -
Trang 3CAC MACH DIEN TU CUA
BỘ KHUYẾCH Đại
BỘ LỌC Vả BỘ VI Xử LÝ ~ư&
Chịu trách nhiệm xuất bản
T.S NGUYEN XUAN THUY
Biên tập nội dung: NGÔ THANH LOAN Trùnh bày bìa: VÕ QUANG THỊNH
Sửa bản im: NGUYEN HUNG
ees
NHA XUAT BAN GIAO THONG VAN TAI
In 1000 cuốn, khổ 14,5 x 20,5 em tại Công ty cố phần In Bến Tre
Giấy phép xuất bản số 105/XB-QLXB cấp ngày 09/02/2004 Giấy
trích ngang số 16/XB cấp ngày 31/12/2004 In xong và nộp lưu
Trang 4«him mục đích cung cấp nguồn tư liệu tham khảo và
thực hành quý giá cho các bạn đọc đang nghiên cứu và ứng dụng lĩnh vực chuyên ngành điện tứ, chúng tôi giới thiệu tủ
sách "Thiết Kế Mạch Điện Tử Ứng Dụng" - Tủ sách gồm
nhiều tập Trong tập đầu tiên này "Các Mạch Điện Tử của Bộ Khuếch Đại - Bộ Lọc và Bộ Vi Xử Lý', chúng tôi trình
bày các chủ điểm căn bản nhất của mạch điện tử ứng dụng
như cách chế tạo mạch OP AMP, bộ so sánh và hộ dieu
khiển, các máy phát tín biệu, các điết và mạch chỉnh luu,
các hoạt động của mạch AC: băng thông, tốc độ xoay và
tiếng ôn, các bộ lọc, thực hiện chức năng biến điệu, khử biến điệu với bộ nhân, bộ biến đổi tương tự sang kỹ thuật số v.v Với các chủ dé da dạng và súc tích như vậy, chúng tôihy vọng sách sẽ là nguồn tư liệu tham khảo quý báu cho các bạn đọc
Chúc các bạn thành công
Trang 5Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 7
1
Nguyên lý can han vé
trang thai ran
MUC TIEU
Sau khi nghién citu néi dung trong chương này, ta sẽ có thể:
1 Mô tả sự hình thành nguyên tử và mối quan hệ giữa số các electron hóa trị và tính đân điện của nguyên tử
Liệt kê các nguyên lý chi phối sự liên kết giữa các
nguyên tử và vỏ quỹ đạo
Mô tả quan hệ giữa tính dẫn điện và nhiệt độ
Sự tương phản giữa các nguyên tố ba hóa trị và năm
hóa trị
Liệt kê sự tương tự và khác biệt giữa các chất bán dẫn
loại n và loại p
Mô tả dòng điện khuếch tán
Giải thích cách tạo nên một lớp cạn kiệt chung quanh
vùng nối chuyển tiếp pn
Trang 68 Chương 1: Nguyên lý cần bản về trạng thái rắn
9 Mô tả mối quan hệ giữa chiều rộng của lớp vùng cạn
kiệt, điện trở vùng nối chuyển tiếp và dòng điện vùng nối chuyển tiếp
10 Định nghĩa thiên áp (bias),
11 Mô tả các phương pháp khác nhau cho một mối nối pn thiên áp thuận và thiên áp đảo,
12 Giải thích tại sao silicon được dùng thông dụng hơn
germanium trong việc tạo ra các thiết bị ở trạng thái ran BỐ-CỤC 1.1 Lý thuyết nguyên tứ 1.2 Doping 1.3 Vùng nối PN 1.4 Thiên áp (Bias) Tóm lược chương
Các hệ thống điện tử chẳng hạn như radio, tí vi và máy
tính thường được tạo bằng cách sử dụng các đèn chân không
Các đèn chân không được đùng phổ biến để làm gia tăng cường
độ của các tín hiệu ac (khuếch đại) và để biến đổi năng lượng ac sang năng lượng dc (chỉnh lưu) Mặc dù chúng có thể thực hiện các thao tác tình vi này rất tốt, các đèn chân không cũng có nhiều sự cố về đặc trưng Chúng lớn và chúng cực kỳ hao phí về năng lượng qua việc thất thoát nhiệt
Vào thập niên 1940, một đội ngũ các nhà khoa học đả làm
việc trong phòng thí nghiệm Bell Labs đã phát triển transistor,
đây là thiết bị trạng thái rắn đầu tiên có khả năng khuếch đại
một tín hiệu ac Thuật ngữ trạng thái rắn dược hình thành bởi
vi transistor nay ở trạng thái rấn thay vì ở trạng thái chân
không y hệt như trong đèn chân không được thiết kế dé thay
Trang 7Chuong 1: Nguyén ly can ban vé trang thai ran 9
chân không Kể từ khi có sự hình thành transistor, các linh
kiện ở trạng thái rắn đã thay thế chân không trong hấu hết
mỗi một ứng dụng
Các thành phần trạng thái rắn được hình thành từ các yếu tố được phân loại dưới dạng các chất bán dẫn Một chất bán dan la một chất không dẫn điện cũng không phải là chất cách điện nhưng
nó thuộc về một nửa của hai tính chất trên đây Trong những
trường hợp nhất định thì các tính chất điện trở của một chất bán dẫn có thể biến thiên giữa đặc điểm của một chất dẫn điện và đặc điểm cua một chất cách điện Như bạn sẽ thấy sau này, đây chính
là đặc tính của các chất bán dẫn làm cho chúng hữu dung trong việc chế tạo các bộ khuếch đại và các bộ chỉnh lưu
Chất bán dẫn
Một chất cũng không phải là một chất dẫn điện cũng không phái là chất cách điện thuần túy
1.1 LÝ THUYẾT NGUYÊN TỬ
Trước khi chúng ta bắt đầu, hãy thảo luận lý do để nghiên
cứu về lý thuyết nguyên tử Mục tiêu của chúng ta là xác lập
những gì xay ra trên lớp nguyên tử chứ không tìm hiểu tại sao nó Xay ra
1.1.1 Nguyên tử
Nguyên tử như được minh họa bao gồm ba hạt cơ bản :
protons, neutrons và hạt nhân (löi) của nguyên tứ, các electron
thì di chuyen trên các quỳ đạo chung quanh hạt nhân Mẫu
nguyên tử đơn giản nhất được gọi là mẫu Bohr được minh họa
trong hình 1.1 Các đường quỹ đạo hoặc vỏ quỹ đạo được nhận
biết bằng cách sử dụng các mẫu tự từ E cho đến Q lớp vỏ nằm ở tầng trong cùng chính là vỏ K, tiếp theo là vó L và Vỏ nằm
Trang 810 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn
trị Lớp vỏ hóa trị của một nguyên tử chính là chuẩn mực để xác định tính dan điện của nguyên tử Lớp vỏ hóa trị Nằm ở tẳng ngoời cùng nhằm xúc định tính dẫn điện của một nguyên tử Cac electron trén quy dao Lớp vỏ quỹ đao Xe 6 \ ° 7 M L @ o Hat nhan (protous va neutron} (a) (b)
HÌNH 1.1 Mẫu nguyên tử Bohr
Lớp vỏ hóa trị của một nguyên tử có thế chứa đến tám elec-
tron Tính dẫn điện của nguyên tử phụ thuộc vào các electron
trong lớp vỏ hóa trị Một nguyên tử có một electron thì nó dẫn
điện hoàn chỉnh Lúc một nguyên tử có tám electron, thì lớp vỏ hóa trị được gọi là bão hòa, và nguyên tử là một chất cách điện Do đó, tính dẫn điện giảm khi số các electron hóa trị tăng
1.1.3 Chất bán dẫn
Trang 9Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 11
Có ba chất bán dẫn được dùng phổ biến nhất là silicon (Si),
germanium (Ge) và carbon (C) Những nguyên tử này được biểu
thị ở hình 1.2, Lưu ý rằng mỗi một trong số các nguyên tố này có chứa bốn electron hóa trị Trong số các chất bán dan được
mình họa ở đây thì silicon và germanium được dùng trong việc sản xuất các linh kiện trạng thái rắn Carbon được dùng chủ
yếu trong việc sản xuất điện trở và các đồng hồ chiết áp (poten- tiometers) e% es ° ° ° « ee 8 o* 2 8e e ° ° ° ~ @ ° ˆ ° ° ° * ° ee e ef - »Ẳ ° ° Siticon Germanium Carbon HÌNH 1.9 Các nguyên tử bán dẫn 1.1.3 Điện tích và tính dẫn điện
Lúc không có lực tác động từ bên ngoài tạo nên hiện tượng
đẫn điện thì số các electron trong một nguyên tử đã cho bằng
với số các proton Bởi vì điện tích của các electron (-) và pro-
ton (+) là bằng nhau và nghịch dấu, cho nên điện tích thuần
túy trên một nguyên tử là bằng zero Nếu một nguyên tử bị mất một electron hóa trị, thì nguyên tử đó có chứa số electron
hơn số prton do đó diện tích thuần túy trên nguyên tử là
dương Còn nếu một nguyên tử có một lóp vỏ hóa trị khơng hồn chỉnh, nó thu thêm một electron hóa trị thì nguyên tử đó có chứa số electron nhiều hơn proton cho nên điện tích thuần
túy trên nguyên tử là âm
Trang 1012 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn
Các electron dị chuyến trên các lớp oỏ quỹ đạo Chúng hhông thế có quỹ đạo các hạt nhân trong không gian hiện diện bất kỳ giữa hai lớp uỏ quỹ đạo nào
Mỗi một lớp oỏ quỹ đạo có liên quan đến một mức năng
lượng nhất định Như thế, tất cả các electron di chuyến
trong một lớp 0ö quỹ đạo đã cho có chứa cùng một
lượng năng lượng tương đối giống nhau Lưu ý rằng
khoảng cách tính từ hạt nhân càng lớn thì mức năng
tượng liên hết uới uỗ quỹ đạo đã cho càng lớu, Như thể
ede electron hóa trị luôn luôn có các mức năng lượng cao hơn là các mức electron ở lớp tô quỹ đạo thấp hơn Khi mét electron “nhảy” từ một lớp vé nay sang một lớp bỏ khác, thì nó phải hếp thụ đủ năng lượng đế hinh
thành nên sự khúc biệt giữu nức năng lượng gốc bạn đâu của nó va nuức năng lượng của lop vd ma no dang
nhảy đến
Nếu một electron hấp thụ đủ năng lượng đế nhảy từ
một lớp uỏ này sang một lớp uỏ khác thì nó sẽ thật sự nhà ra nưíc năng lượng mà nó đã hếp thụ nà trở dê lại
uới lớp uô có nức năng lượng thấp hơn
Như đã trình bày trong hình 1.3, mỗi một lớp võ quỹ đạo liên quan đến một mức năng lượng nhất dịnh Sự khác biệt giữa
mức năng lượng của bất kỳ hai lớp vỏ quỹ đạo này được xem như là một khe năng lượng Để một electron nhảy Lừ một lớp vỏ
quỹ đạo này sang một lớp vỏ khác, nó phải hấp thụ đủ năng lượng để khắc phục khe năng lượng giữa hai lớp vỏ Ví dụ trong
hình 1.3, lớp vỏ hóa trị hoặc dải được mình họa có một mức năng lượng xấp xỉ 0.7 electron volt (eV) Dái đẫn điện được minh họa phải có một mức năng lượng là 1.8 eV, Như thế để mét electron nhảy từ đải hóa trị này sang một đải dẫn điện thì
nó phải hấp thụ một năng lượng bằng
Trang 11Chương 1: Nguyén ly can bản về trạng thai ran 13
Doi voi chat dan điện, chất bán dẫn và chất cách điện, hóa trị dùng cho các khe năng lượng ở dải dẫn điện xấp xỉ 0.4, 1.1
vn 1.8 eV tương ứng Khe năng lượng càng lớn thì càng khó dẫn
điện, bởi vì năng lượng được hấp thụ dùng cho mỗi electron lớn để nhảy lên đến đái dẫn điện
Nàng lượng In đan điện
Khe năng hương
LAI họa tri L—————-¿ 076% ` ¬" “ey C
HÌNH 1.3 Các khe năng lượng và các mức của silicon Lúc một electron hap thụ đủ năng lượng để nhảy từ một
hóa trị này sang một dái đẫn điện thì electron được gọi là đang ở trạng thái kích thích Một electron kích thích thâm chí có thể
nha ra nãng lượng mà nó đã hấp thụ để trở về lại với mức năng
lượng ban đầu Năng lượng do electron nhả ra thuộc ở đạng ánh
sáng hoặc nhiệt
Ghi nhớ:
Khc năng lượng
Sự khác biệt giữa các mức năng lượng của bất kỳ hai lớp
Trang 1214 Chuong 1: Nguyén ly cdn ban vé trang thai ran Dai Một tên khác để ám chỉ một lớp oỏ qủy đạo eV (electron-volt) Múc năng lượng được hấp thụ bởi một electron, nó nhắm đến một hiệu số điện thế 1 V Đải dẫn điện Đải bên ngoài lớp uỏ hóa trị
1.1.4 Liên kết cộng hóa trị (Nối cộng hóa trị)
Liên kết cộng hóa trị là một phương pháp có các nguyên tử làm hoàn chỉnh lớp vỏ của chúng bởi “chia sẻ” electron hóa trị với nguyên tứ khác Liên kết cộng hóa trị của một nhóm nguyên
tử silicon được trình bày trong hình 1,4 Để giúp minh họa quy trình liên kết, mỗi một nguyên tử phải được trình bày bằng một hình bát giác (tám cạnh) có chứa một hình vuông Hình bát giác này biểu thị lớp vỏ hóa trị của nguyên tử và hình vuông được dùng để nhận biết electron về nguyên tử đặc biệt Như bạn có thể thấy, nguyên tử ở giữa có tám electron hóa trị, bốn electron thuộc về nguyên tử nằm ở giữa cộng với một elec-
tron thuộc về mỗi một nguyên tử trong số bốn nguyên tử bao
quanh Như thế những nguyên tử này chia sẻ các electron với
bốn nguyên tử bao quanh Kết quả của liên kết này là
1 Các nguyên tử được giữ chặt lại với nhau tạo nên một
chất rắn
2 Các nguyên tử, tất cả đều có trạng thái ồn định bởi lớp
vỏ hóa trị của chúng dã hoàn chỉnh (bão hòa)
3 Lớp vó hóa trị bão hòa làm cho gilicon hoạt động là một
chất cách điện Như thế siHcon thuần túy là một chất dẫn điện rất nghèo nàn Nguyên lý này cũng nghiệm
Trang 13Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái ran 15
Si Si
Sr
HINH 1.4 Liên kết hóa trị silicon
Lúc các nguyên tử của chất bán dẫn liên kết lại với nhau theo một mẫu y hệt như mẫu đã được trình bày trong hình 1.4, chất này được gọi là một tỉnh thể Một tính thể là một chất rắn như thúy tinh nhắn Có lẽ bạn đã xem thấy các tinh thé quartz, Germanium va silicon tao tinh thể theo cùng một cách thức Ở nhiệt độ phòng, các tỉnh thể silicon có số electron tự do ít hơn là tỉnh thể germa- nium Do đó silicon là một chất đặc biệt hơn germanium ở tại
nhiệt độ phòng (đây là một đặc trưng mong muốn) Đặc trưng này là một trong những lý do tại sao silieon được dùng nhiều hơn là
germanium để tạo ra các linh kiện bán dẫn
Carbon có thê tỉnh thê hóa theo cùng cách thức y hệt như silicon vA germanium nhưng các tỉnh thể carbon quá đất tiên khi sử dụng để sản xuất linh kiện ở trạng thái rắn (Các tỉnh
thể carbon đôi khi được gọi là kim cương)
1.1.5 Tính dẫn điện
lúc một electron hóa trị hấp thụ đủ năng lượng, nó nhảy từ một đái hóa trị này sang một dải đẫn điện Kết quả của hành
động này là có một khe được để lại trong liên kết cộng bóa trị
Trang 1416 Chương †: Nguyên lỷ căn bản về trạng thái rắn
rằng ứng với mỗi electron ở dải dẫn điện, thì phải có hiện hữu một lỗ trông ở đái hóa trị Thuật ngữ được đùng để mô tả tổ hợp này được gọi là cặp điện từ - lỗ trống Khái niệm cơ ban của cặp điện tử - lỗ trống được trình bày ở hình 1.5 Nang lường ‘ Đại đạm diệu Si ‘ oo Das hoa ter Si Sĩ HÌNH 1.5 Cách tạo nên một cặp điện tử - lỗ trống Ghi nhớ Lé Một khe trong một liên hết hóa trị Cặp điện tử - lỗ trống Electron tu do va (6 trong ddi hóa trị tương kết của ro
Trong phạm vì một vài micro giây khi trở nên mét electron
tu do, electron sé nha du nang lượng quay về lại với một trong
số các lỗ trống ở liên kết cộng hóa trị Quy trình này được gọi
là quy trình tái kết hợp Thời gian giữa việc tạo nên một cặp
Trang 15Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 17 Ghỉ nhớ Tái kết hợp Khi mot electron tự do trở tê tới lớp tcó hóa tri Thời gian sống Là thời gian từ khi tạo nên cặp lỗ trống khi có sự tái hết hợp
1.1.6 Sự dẫn điện biến thiên theo nhiệt độ
Tại nhiệt độ phòng, năng lượng nhiệt (sức nóng) làm cho quy trình tạo nên các cập điện tư - lễ trống với quy trình tái kết
hợp không đổi Như thế, một chất bán dẫn luôn luôn có một vài
electron tự do thậm chí có điện áp áp vào nguyên tố này Khi
bạn tăng nhiệt độ, có nhiều electron trong nguyên tố hấp du năng lượng để ngắt ra khói liên kết hóa trị của chúng và số các
electron tự do tăng lên
Mật khác, nếu bạn giảm nhiệt độ thì có ít nhiệt năng đê nhà electron từ các liên kết hóa trị cúa chúng và số các electron
tự do giảm Mối quan hệ này tiếp tục cho đến khi nhiệt độ đạt đến độ không tuyệt đối Theo định nghĩa độ không tuyệt đối là
nhiệt độ mà tại đó không có năng lượng nhiệt và xây ra tại -
273.161 (-459.69"F) Bởi vì không có nhiệt năng øơ nhiệt độ
này, cho nên không có electron tự đo (Không có đủ năng lượng dé electron hap thu, vi ching khéng thé nhay dén dai dan dién được.)
Mối quan hệ quan trọng ở đây đó là dẫn điện trong một
Trang 1618 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thải rắn Câ 1 2 3 19, 11 12 13 14 u hỏi ôn tập
Ba hạt cơ bản tạo nên nguyên tử là gì?
Mối quan hệ giữa số các electron hóa trị và tính dẫn điện của một nguyên tố đã cho là gì?
Có bao nhiêu electron hóa trị có được trong một chất dẫn
điện? Một chất cách điện? Một chất bán dẫn?
Ba nguyên tố bán dan căn bản được dùng phổ biến trong
điện tử là gì ?
Mối quan hệ giữa các electron và lớp vỏ quỷ đạo được trình bày trong phan nay 1a gi?
"Thế nào là một khe năng lượng? Các giá trị của khe năng lượng dùng cho các chất cách điện, các chất bán dẫn và các chất dẫn điện là gì?
Tìm các dạng năng lượng mà các electron nhá ra lúc nó
rơi từ đải dẫn điện về đái hóa trị Thế nào là liên kết cộng hóa trị?
Nêu những tác dụng của liên kết cộng hóa trị đối với những chất bán đẫn thuần túy?
Thế nào là cặp điện tử - lễ? Thế nào là sự tái kết hợp?
Thời gian sống của một cặp điện tử - lỗ là gì? Nêu mối quan hệ giữa nhiệt độ và tính dẫn diện?
Tại sao các cặp điện tử và lỗ trống lại không được tạo ra trong chất bán dẫn lúc nhiệt độ giảm đến độ zero tuyệt
Trang 17Chuong 1: Nguyén ly can bản về trạng thái rắn 19
1.2 SU PHA TAP
Như bạn đã biết, các silicon và germanium thuần túy là các chất dẫn điện rất nghèo nàn Điều này do bởi vì một phần rời
rạc của các electron hóa trị, liên kết hóa trị và khe năng lượng tương đối lớn Do bởi tính dẫn điện nghèo nàn, silicon và ger-
manium thuần túy được dùng rất ít
Sự pha tạp là quy trình bố sung thêm nguyên tử tạp chất vào silicon và germanium thuần túy để làm gia tăng tính dẫn điện chất bán dẫn này Thuật ngữ tạp chất được dùng đế mô tả
các nguyên tố pha tạp bởi vì silicon hoặc germanium không còn
thuần túy mỗi khi xảy ra sự pha tạp Bởi vì một chất bán dẫn
được pha tạp thì không còn thuần túy cho nên nó được gọi là
một tạp chất bán dẫn
Hai kiểu nguyên tố được dùng để pha tạp đó là trivalent và pentavalent Một nguyên tố trivalent là một nguyên tố có ba electron hóa trị Một nguyên tổ pentavalent là một nguyên tố
có nằm electron hóa trị Lúc các nguyên tử trivalent được bổ
sung thêm các chất bán dân thuần túy, thì chất liệu kết quả được gọi là chất bán dẫn loại p Lúc các nguyên tử tạp chất pentavalent được dùng, thì chất liệu kết quã được gọi là chất bán dẫn loạn n Các nguyên tố pha tạp được dùng phổ biến nhất được dùng phổ biến nhất được cho trong bảng 1.1
BANG 1.1 Nguyén té pha tạp được dùng phể biến
Các tạp chất triudlent| Các tạp chất pentavalent
Aluminum (Al) Phosphorus (P)
Gallium (Ga) Arsenic (As)
Boron (B} Antimony (Sb)
Indium (In) Bismuth (Bi)
Trang 1820 Chương 1: Nguyên lý căn bán về trạng thái rắn Ghi nhớ: Pha tạo La qua trink bé sung thêm cúc nguyên tố tạp chdt vao chất bán dẫn thuần ty Tạp chát tà một từ để chí chất Pentavalent
Nguyên tô tớt cae electron
ở lớp tó năm hóa tri Chất bán dẫn loại p La một chất bán dẫn đã được thêm nào các tap chdt trivalent không thuần tuy ` Chất bán dẫn loại n Trivalent La một loại chat ban dẫn có thêm ào các tạp chất pentavalent Là các nguyen tố có cúc elec- tron ớ lớp bô bạ hóa tị 1.2.1 Chất bán dẫn loại n
Lúc các tạp chất pentavalent được thêm vào silicon hoặc germanium, thì chất kết quả có số electron vượt quá liên kết
cộng hóa trị Nguyên lý này dược minh họa trong hình 1.6 Như bạn có thể thấy, nguyên tử arsenic pentavalent bao quanh bởi
bốn nguyên tử silicon Các nguyên tử silicon liên kết với các
nguyên tử arsenic và mỗi nguyên tử lại chia sẻ một electron của
arsenic Tuy nhién, electron arsenic thứ năm thì không được
nối kết với bất cứ nguyên tử silicon nào bao quanh Kết quả là
electron thi năm yêu câu phải có một ít năng lượng đề ngắt
khỏi mối nổi và đi vào đải dẫn điện Có hàng triệu nguyên tu
arsenic được bố sung thêm vào silieon hoặc gerraanium, thì có
hàng triệu electron tự do không tham gia vào các liên kết cộng hóa trị Những electron tự do này có thê di chuyển qua toàn bộ
Trang 19Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thal ran »I
Có một điểm cần hiểu đó là: Thậm chí có hàng triệu elec-
tron tham gia vào liên kết cộng hóa trị nhưng chất liệu này vẫn ở trạng thái trung hòa với điện Điều này bởi vì mỗi một elec- tron arsenic thì có số proton và số electron giống nhau, y hệt
như các nguyên tử silicon hoặc germanium Bởi vì tơng số tồn phần các proton và electron trong một vật chất như vậy là bằng
nhau cho nên điện thuần trên vật chất phải bằng zero
Boi vì sô các electron trên dai dan điện nhiều hơn số lỗ trống trên đải hóa trị trong một chất bán dẫn hoại n, cho nên cac electron được gọi là các phần tử tái điện chính và các lễ trống trên đải hóa trị được gọi là các phần tử tải điện phụ Mối quan hệ giữa các phần tử tải điện chính và phần tử tải điện phụ trong một chất ban dan loại n có thể được hiểu rò ràng hơn
băng cách xem xét hình 1.7 Dải hóa trị được minh họa có chứa
một vài lỗ Những lỗ này được tạo ra bởi kích thích nhiệt năng của các electron như đã thao luận trước đây Với sự vượt trội
cua cac electron dai dan điện, thời gian sống của cặp điện lễ trống được rút ngắn một cách đáng kế Bởi vì lỗ được điển đầy
hầu như ngay lập tức bởi một trong số các electron dư thừa trong đái dẫn điện
TS» Electron hen kết công
héa Uri viet Trôi
Trang 2022 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn Nâng lương ‘ Dai da Các electron tphin tử tải điện chính) Dai héa trị ~- —._ Các lỗ trồng (phản từ
tai dién phat
HÌNH 1.7 So dé nang lugng (chat ban dan loai n)
Bởi vì chỉ có các lỗ trống hiện hữu trong các liên kết cộng hóa trị Chúng được gây nên do sự kích thích nhiệt, cho nên số
các lỗ trống nhỏ hơn rất nhiều so với các electron đãi dẫn điện Đây là lý do xuất phát các thuật ngữ phần tử tải điện chính và phần tứ tái điện phụ
Lưu ý rằng thuật ngữ chất bán đẫn loại n ngụ ý có sự vượt trội các electron như bạn sẽ thấy một chất bán dẫn loại p là một chất bán dẫn mà số các lỗ trống vượt trội và số các elec-
tron tự do tương đối ít
1.9.2 Các chất bán dẫn loại p
Lúc silicon hoặc germanium thuần túy pha tạp với một nguyên tố trivalent, thì kết quả dược gọi là chất bán dẫn loại p Công dụng của nguyên tố trivalent gây nên sự hiện hữu của
một lỗ trống cấu trúc liên kết cộng hóa trị Điểm này được minh họa trong hình 1.8 Như bạn có thể thấy, nguyên tứ nhôm
được bao bọc bởi bốn nguyên tử silicon Tuy nhiên, lần này có
một chỗ trống trong liên kết cộng hóa trị, điều này được gây ra
sự thiếu electron hóa trị thứ tư trong nguyên tử nhôm Bây giờ
Trang 21Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 23
trội lỗ trồng trong dải hóa trị Cùng lúc đó thì có một số elec- tron trong dải đẫn điện Một lan nifa cdc electron ty do trong đải dẫn điện do bởi nhiệt năng Bởi vì có nhiều lỗ trống trong
đải hóa trị hơn là nhiều eleetron trong dải dẫn điện cho nên các
Trang 22Dt Chương 1: Nguyén ly can ban vé trang thai ran
Một lần nữa cần nhớ rằng một số electron trong chat ban dẫn loại p thì bằng với số các proton Thậm chí mặc dù có những khe trống trong liên kết cộng hóa trị, sự cân bằng về proton và electron vẫn hiện diện Đo đó, điện tích thuần túy
trên vật liệu bán dẫn loại p là bằng zero
1.2.3 Tóm lược
Hình 1.10 cung cấp cho chúng ta tóm lược nhanh vẻ vật liệu
được trình bày trong phần này Như bạn thấy các hình minh họa
khái quát giống như hình 1.10 được dùng xuyên suốt bài học Phần nghiên cứu, phân mình họa và mối quan hệ mà nó chứa Điều này
giúp cho bạn nhớ các điểm đã được trình bày trong mục này
Luu ý rằng các thuật ngữ nguyên tử cho và nhận cũng được dùng trong hình 1.10 để mô tả các nguyên tố pha tạp pentava-
lent (năm hóa trị) và trivalent (ba hóa trị) Ý nghĩa của hai
thuật ngữ này sẽ được giải thích rõ ràng hơn trong mục kế tiếp CHAT BAN DAN Kien o Var ten S
Electron vượt rede trong liền kết công hóa Ứt
Neuyen io pla tap:
Các phản tư tái điện chính Các nhân tư ti điện phú
Dien tich cua vit ew
Pentavalont (các nguyên Từ chơi
Các eleetran trong đái đẫn điệu Các lỗ trồng trang đải hóa trị
“Trang la
Trang 23Chuong 1: Nguyén ly can bản về trạng thái rắn w CHẤT BÁN DẪN Vat heu Kien p 3 & Lễ trồng trang liên kết , công hóa trị | Si
Nguyên tơ phá tập Trivalent tếc nguyên tử nhận)
| Cae phản tử tại điện chính: - Các lò uống trong đải hóa trí
uv
1 Cae phần tử tại điệu phạ: — Các electron trong đái dan dién ¡- Điạn tích của vật liệu: ‘Trang hoa
HINH 1.10
Câu hỏi ôn tap
1 Thế nào là sự pha tạp? Tại sao nó lại cần thiết? 2 Một nguyên tố tạp chất là gì?
3 Các nguyên tố trivalent và pentavalent là gì?
4 Mặc dù có các đặc trưng tương ứng của chúng, các chất
bán dẫn loại n và loại p vẫn trung hòa về điện Tại sao như vậy?
Trang 2426 Chuong 1: Nguyén ly can ban vé trang thái rắn
1.3 LỚP CHUYỂN TIẾP PN
Trang 25Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 27
Hình 1.11a biểu thị các vật liệu riêng biệt Bạn có thể thấy chất bán dẫn loại n như mình họa ở phần bên trên có chứa một
số vượt trội các electron (các vòng tròn tô đậm) và vật liệu bán
đẫn loại p được minh họa thì có chứa một lượng lỗ trống vượt
trội (các vòng tròn không tô đậm) Đề thị năng lượng minh họa
mối quan hệ giữa năng lượng của hai vật liệu Lưu ý rằng đải
hóa trị của hai vật liệu hơi khác nhau về các mức năng lượng so
với các dải dẫn điện Điều này do bởi sự khác biệt về nguyên tử
tạo nên hai vật liệu này
lúc hai vật liệu được nối kết lại với nhau (hình 1.11b) thì các dai dan điện và dải hóa trị hai vật liệu sẽ phủ lấp lên nhau Điều này cho phép các electron tự do từ chất bán dẫn loại n khuếch tán (lang thang) đến chất bán dẫn loại p Hành động này kết quả
của nó được minh họa ở hình 1.12 Lúc một electron tự do lang
thang từ chất bán dẫn loại n ngang qua lớp chuyển tiếp, nó trở nên bị bẫy vào một trong số các lỗ trống ở day hóa trị bán dẫn
loại p Kết quả là có một điện tích dương thuần túy trong chất
bán dẫn loại n và điện tích âm thuần túy trong chất bán dẫn loại
p Thoạt tiên, điều này có vẻ đễ nhầm lẫn Tuy nhiên trong thực
tế thì nó không lạ lùng chút nào, chúng ta hãy khảo sát hình
1.13 Trong các trường hợp bình thường, liên kết cộng hóa trị
được biểu thị ở chất bán dan loại n sẽ có 21 electron tự do (4
electron trong nguyên tử silicon + với 5 electron cho nguyên tử
pentavalent = 21) và 21 proton trở thành các điện tích hóa trị
âm Cân bằng này giữa các electron hóa trị và proton đưa lên kết,
quả điện tích thuần túy toàn phần bằng zero Lúc một electron
đang lang thang vào vật bán dẫn loại p được minh họa:
1 Liên kết được minh họa trong chất bán dẫn loại n phải mất
mot electron Bay gid liên kết chỉ còn 20 electron nhưng vẫn
có 21 proton Kết quả là điện tích toàn phân là dương (+1)
2 Liên kết trong chất bán dẫn loại p thu nhận được một
Trang 27Chương 1: Nguyén ly can ban vé trang thai ran 29 HƯỚNG ` ` +8 ` » ` \ ~ -4 +4 * oe ` ‘ > 2 +4 +4 “ A ˆ
TTảng cụng tvi = 2] “Tông cong (4) = 19 Tong eng tre 20 Tang công trì = 20 Dieu tich than tay = + 1 Điện tích thuận túy tong thê = - 1
Lớp chuyển tiếp
HINH 1.13 Các điện tích ở lớp cạn kiệt
Bay gid chúng ta có thế khao sát những gì xảy ra trên quy mô lớn Lúc khảo sát trên một bức tranh tổng thể quy mô lớn
có nhiều vấn để cần nhớ:
1 Electron khuéch tan ngang qua lớp chuyên tiếp thì đê lại một liên kết được tích điện dương trong chất bán
đẫn loại n và tạo nên một liên kết được tích điện âm ở
chất bán dẫn loại p
2 Ca electron o dai dan điện lẫn lỗ trống và lớp vỏ hóa trị đều cần cho việc dẫn điện thông qua vật liệu Lúc
một electron khuếch tán ngang qua lớp chuyển tiếp, thì
Trang 2830 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn
Bởi vì hoạt động có thể mô tá xảy ra theo một quy mô lớn
cho nên vùng chuyển tiếp kết thúc với một lớp (nằm cả hai phía) vốn bị cạn kiệt các phần tải điện Lớp này được gọi là lớp
cạn kiệt và được trình bày trong hình 1.12b Lưu ý rằng điện tích tổng thể của lớp được minh họa là đương trên phía n của
lớp chuyển tiếp và Am trên phía p của lớp chuyển tiếp
Có một hiệu điện thế tự nhiên giữa hai phía của lớp chuyển tiếp Hiệu điện thể này được gọi là điện thế ở tường rào chắn Điện thế hàng rào chắn dành cho lớp chuyển tiếp pn khoáng
vai milli volt
1.3.1 Tém luge
Lúc một chất bán dẫn loại n được nối kết với một chất bán dẫn loại p:
1 Có một sự khuếch tán nhỏ xảy ra ngang qua lớp chuyển tiếp Sự khuếch tán này bị giới hạn bởi hiệu số giữa các mức năng lượng ở dải dẫn điện của hai vật liệu
2 Lúc các electron khuếch tán vào vùng p thì chúng phóng
thích năng lượng rơi vào các lỗ trống trong các liên kết
cộng hóa trị ở đải hóa trị
3 Bơi vì các nguyên tử pentavalent (năm hóa trị) (nầm
gần lớp chuyển tiếp) trong vùng n bị mất một electron cho nên điện tích tổng thể của chúng là điện tích dương 4, Bởi vì các nguyên tứ trivalent (ba hóa trị) (nằm gần lớp chuyển tiếp) trong vùng p thì thu nhận được một elec- tron cho nên điện tích tổng thể của chúng là điện tích
âm
5 Hiệu số về điện tích ở cả hai phía cúa lớp chuyến tiếp
được gọi là hiệu điện thế bức tường chắn Hiệu điện thế bức tường chắn này trong pham vi vai milli volt
Trang 29Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn at gọi là các nguyên tử cho (donor atoms) Các nguyên tu trivalent
nhận các electron từ nguyên tử pentavalent và chúng được coi
như là các nguyên tử nhận
Ghi chú:
Lớp cạn hiệt
Vàng năm chung quanh một lớp chuyến tiếp pn chúng
bị cạn kiệt các phần tứ tái điện Lưu ý rằng lớp cạn kiệt
còn được got la vung can biệt Thế năng rào chắn hiệu điện thế tự nhiên giữa hai đầu của lớp chuyển tiếp ph" Các nguyên tử cho Là tên để gọi các nguyên tử pentaudlent (hóa tri 5) Cae nguyên tử nhận Là tên đế dùng chỉ các nguyên tử trioalent (hóa trị 3)
Câu hỏi ôn tập
1 Điện tích tổng thể liên kết cộng hóa trị loại n vốn vừa mới phóng thích một electron trong đải đẫn điện là điện
tích gì?
2 Điện tích tổng thể trên một liên kết cộng hóa trị loại p
vừa mới nhận được một electron dư thừa ở dải hóa trị là
điện tích gì?
3 Mô tả sự hình thành lớp cạn kiệt
4 Thế năng rào chắn là gì? Nguyên nhân nào phát sinh ra
Trang 3032 Chương 1: Nguyên lỷ cân bản vê trạng thái rằn
1.4 THIÊN ÁP (BIAS)
Một lớp chuyển tiếp pn hữu đụng bởi vì chúng tá có thể điều
khiển chiều rộng cua lớp cạn kiệt Bằng cách điều khiến chiều
rộng của lớp cạn kiệt, chúng ta có thể điều khiến điện trở của lớp
chuyển tiếp pn và như thế điêu khiến được lượng cường độ đòng điện truyền qua thiết bị Mối quan hệ giữa chiều rộng lớp cạn kiệt và dòng điện ở lớp chuyển tiếp được khái quát hóa như sau:
He —————— ————— —
¡ Chiều rộng của | Điện trỏ lớp | Cường độ dòng điện |
lớp cạu biệt | chuyến tiếp tớp chuyến tiếp '
viớp cụn Biệt | ehuy | óp chuyển Hep -
| Cực tiểu
Thiên áp (Bias) là một điện áp được áp vào lớp chuyển tiếp pn dé tim được một chế độ hoạt động theo mong muốn Điện áp này được dùng để điều khiển lớp cạn kiệt Có hai kiểu thiên áp
là thiên áp thuận (forward bias) và thiên áp đảo (reverse bias) Thiên áp thuận là một điện áp được dùng giảm thiểu điện trớ
của lớp chuyển tiếp pn Một lớp chuyên tiếp pn có thiên áp
thuận có chiêu rộng của lớp cạn kiệt cực tiểu và điện trớ của lớp
chuyển tiếp cực tiểu.Thiên áp đảo là một điện áp được dùng tăng điện trở của lớp chuyên tiếp pn Một lớp chuyến tiếp pn có thiên áp dao chí có chiều rộng của lớp cạn kiệt cực đại và điện trở của lớp chuyển tiếp cực đại Trong phần này, chúng ta khảo
sát hai kiểu thiên áp °
Ghi nhớ: Thiên ap
Là một điện dịp được úp cào lớp chuyến tiếp ph dé tim
được một chế độ hoạt động theo ý muốn,
Trang 31Chương 1: Nguyén ly căn bản về trạng thai ran 38 Thiên áp thuận Một điện du được dùng để giám thiểu điện trở của lớp chuyến tiếp pn Thiên ap dao La một điện áp làm cho lớp chuyến tiếp pn có một điện trở cao 1.4.1 Thiên áp thuận
Một lớp chuyến tiếp pn được tạo thiên áp thuận lúc điện áp
ấp vào chúng làm cho chất bán dẫn loại n âm hơn chất bán dẫn
loại p Lúc được tạo thiên áp thuận, lớp chuyển tiếp pn cho
phép dòng điện truyền qua với rất ít sự cản trở Ảnh hưởng của thiên áp thuận được minh họa trong hình 1.14 Hình 1.14a biếu thị một lớp chuyển tiếp pn được nối với một nguồn điện áp (V) và công tắc mở (SW,) Sơ để năng lượng được đưa để biểu thị trạng thái năng lượng ban đầu của các chất bán dẫn ở miễn chuyển tiếp “® ® ® ® ® « en 9g $* KÐI } KÐ S [0X0X0XG] Sw, + lÌ —~ tá) Lốp chuyên tiếp pó khong dược tao thiên áp » ® #® 6 ®@fŒGCE wel ooo oe BO) rye #8 8 8 Be YW oe 6 & 8 HD Sử, me —
ty Sư dị chuyền của diễn tích tai thời diểm 9W, được đóng
Trang 32a4 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn ("ị* s noe e 8 "n | —_— ¡.ị° ® ® ® ® ® sw, — a- a te) Sự dân điện gia tăng khi lớp can kiét bj daub thing n p Ry a) ae Re
(di Bién trợ khối
HINH 1.14 (tiép theo)
Lúc SW, được đóng thì điện áp được nối với lớp chuyển tiếp
pn như minh họa ớ hình 1.14b Như bạn thấy, điện áp âm được
áp vào chất bán dẫn loại n và điện áp dương được áp vào bán dẫn loại p Kết quả:
1 Các electron ở dải dẫn điện nằm ở chất bán dẫn loại n
được đẩy hướng về lớp chuyển tiếp
2 Các lỗ trống trên đải hóa trị nằm ở chất bán dẫn loại p thì được đẩy hướng về lớp chuyển tiếp
Giả sử rằng điện áp V lớn hơn điện áp rào chắn của miễn chuyển tiếp, electron trong chất bán dẫn loại n đâm thủng lớp
cạn kiệt Lúc điểu này xảy ra thì các electron ty do tái kết hợp
với các lỗ trống chất bán dẫn loại p và hiện tượng dẫn điện xảy ra Sự dẫn điện thông qua một lớp chuyển tiếp pna như minh họa trong hình 1.lác Một khi có một lớp chuyển tiếp pn bat đầu dẫn điện, thì nó cung cấp một sự đối kháng nhẹ đối với đồng điện Sự đối kháng với dòng điện được gọi là điện trở khôi (bulk resistance) Điện trở khối C như được minh họa ở hình
Trang 33Chương †: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 35
1.144) là điện trở kết hợp của chất bán dẫn loại n và loại p như minh hoa : Ry = Ry + Ry Ghi nhớ: Điện trở khối
Điện trở kết hợp chất bán dẫn loại n 0à loại p trong một
lớp chuyến tiếp pn được tạo thiên áp thuận
Giá trị của R„ nằm trong phạm vi 25Q hoặc hơn Giá trị
chính xác của R„, cho một lớp chuyển tiếp đã cho phụ thuộc vào kích cỡ của chất bán dẫn loại n và p, thường tạp chất được dùng
để tạo nên các chất bán đẫn và nhiệt độ hoạt động
Bởi vì giá trị của R, cực kỳ thấp, cho nên điện áp bị giảm
giữa hai đầu của điện trở này nhả Vì lý do này mà độ sụt áp giữa hai đâu R, thường được bỏ qua trong khi tính toán mạch
Lúc một lớp chuyển tiếp pn được tạo thiên áp thuận bắt đầu dẫn điện, thì điện áp thuận (V,) giữa hai đầu cúa lớp chuyển tiếp thường hơi lớn hơn là điện áp của rào chắn dùng cho thiết bị Các giá trị của VỊ, xấp xí được tính v0.7 (ứng với silicon) và vy=03 (déi voi germanium) Ghi nhớ: Điện áp thuận
Điện áp giữa hai đầu của một lớp chuyển tiếp ph được
tạo thiên áp thuận
Trang 3436 Chương 1: Nguyén ly can ban vé trang thai ran Bất kỳ sự khác biệt nào giữa các giá trị được đo và giá trị
gần đúng của Vị đều là kết quả của việc dòng điện truyền qua
điện trở khôi của thiết bị Điểm này được thảo luận sâu xa hơn ở chương 2
Ở đây chúng ta cần lưu ý rằng có hai cách mà một lớp chuyển tiếp pn có thể được tạo thiên áp thuận:
1 Hằng cách áp một điện thế vào chất bán dẫn loại n để làm cho nó âm hơn chất bán dẫn loại p
2 Bằng cách áp một điện thế vào chất hán dẫn loại p để làm cho nó đương hơn chất bán dẫn loại n
Ca hai phương pháp tạo thiên áp đều được mình họa ở hình 1,15 Trong trường hợp một trong số hai chất bán dan được nối
kết với đất Trong hình 1.15a, một điện áp đương được áp vào
chất bán dẫn loại p Trong hình 1.15b, một điện áp âm được áp vào chất bán dẫn loại n Giá sử rằng độ lớn của điện áp áp vào
trong mỗi một trường hợp là đủ, thì lớp cạn kiệt bị đánh thủng và cho phép dẫn điện Như vậy, chúng ta có thể làm cho một
lớp chuyển tiếp pn dẫn điện bằng cách tác động khiến cho chất bán dẫn loại n âm hơn chất bán dẫn loại p hoặc bằng cách tác động làm cho bán dẫn loại p dương hơn chất bán đẫn loại n Ca
hai trường hợp tạo thiên áp thuận cho một lớp chuyên tiếp pn
Trang 35Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 37
1.4.2 Thién ap dao
Lớp chuyển tiếp pn được tạo thiên áp đảo lúc điện thế áp vào khiến cho chất bán dẫn loại n dương hơn chất bán dẫn loại
p- Lúc một lớp chuyển tiếp pn được tạo thiên áp đảo, thì lớp của vùng cạn kiệt trở nên rộng hơn và dòng điện qua lớp chuyển
tiếp bị thu nhỏ đến giá trị zero Thiên áp đảo và ảnh hưởng của
nó được minh họa trong hình 1.16 Hình 1.16a biểu thị một lớp
chuyển tiếp được tạo thiên áp thuận Như bạn đã biết trước đây lớp chuyển tiếp đang cho phép dòng điện chuyển qua nó với rất ít sự đối kháng Nếu điện thế của thiên áp trở về với zero thì lớp cạn kiệt phục hỗi lại đưới đạng các electron khuếch tán ngang qua lớp chuyển tiếp Điều này đã được minh họa trong hình 1.16b e @ @ K3 ne “ + Be Pp |» „® & » @ WO lv thị
chi Lớp can kiết được hành thành lúc đường đẫn điện bị ngất
Trang 3638 Chuong 1: Nguyén ly cdn ban vé trang thải ran c:oool Eaeaf laqoe| - S©øoel | sự — i
tei Lắc cực của điên ap V bi dade ngược, thì lớp cạn kiệt mở rộng khí các phán tở tải điện
dì chuyển ra xa khỏi lớp chuyển tiếp,
HINH 1.16 (tiép theo)
Lúc chúng ta áp một điện áp được minh họa trong hình
1.16e, thi cdc electron trong chat ban dẫn loại n hướng đến cực đương của nguồn Cùng thời điểm đó thì các lỗ trống trong chất bán dẫn loại p di chuyển bướng đến cực âm của nguồn Sự di chuyển của các electron ra xa phía n của lớp chuyển tiếp càng làm cạn kiệt thêm các phần tử tải điện tự do của vật Lớp cạn
kiệt được mở rộng ra một cách hiệu quả Cùng nguyên lý như
trên nghiệm đúng cho phía p của chất bán dẫn Bởi vì có ít lỗ trống ở gần lớp chuyển tiếp, cho nên lớp cạn kiệt đã phát triển Ảnh hưởng tổng thể trong việc mở rộng cạn kiệt đó là điện trở của lớp chuyển tiếp gia tăng một cách đáng kế sự đẫn điện giảm đến gần zero
Hình 1.16 giúp chúng ta minh họa một khía cạnh khác về
thiên áp đảo Trong suốt thời gian lớp cạn kiệt hình thành va phát triển, vẫn còn có dòng điện cho phần tử tải điện chính ở cả hai chất bán đẫn Dòng điện khuếch tán này chỉ đáng kế bởi vì nó làm cho lớp cạn kiệt đạt đến chiều rộng cực đại Dòng điện khuếch tán thật sự ngoài ý muốn trong các tần số cao, vì thế các điết đặc biệt phải được phát triển cho kiểu các mạch
điện này (Một vai diode được thảo luận kỹ trong chương 5)
Trang 37Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn 39
1 Bang cach 4p mét dién thé vao chat ban dan loai n dé nó dương hon chất ban dan loai p
2 Bằng cách áp điện thế vào chất bán dẫn loại p để làm cho nó âm hơn chất bán dẫn loại n
Lớp chuyền tiếp được minh họa trong hình 1.17 được tạo thiên áp đảo Một lần nữata hày lập sơ đồ mối quan hệ cho những mệnh đề trên đây " P p nt \ thị HÌNH 1.17 Một vài lớp chuyển tiếp pn được tạo thiên áp đáo 1.4.8 Tóm lược
Thién áp chính là một điện áp được áp vào một lớp chuyển
tiếp pn nhằm xác định các đặc trưng hoạt động của thiết bị
Các cực thiên áp và ảnh hưởng của nó được khái quát hóa như sau:
Trang 38
40 Chương 1: Nguyên lý căn bán về trạng thái rắn
Điện áp giữa hai đầu của lớp chuyển tiếp pn được tạo thiên
áp thuận xấp xỉ bằng 0.7 V ứng với silicon và Ú.3 ứng với ger-
manium, Lúc một lớp chuyến tiếp pn được tạo thiên ap dao thi về mặt cơ bản nó hoạt động như là một mạch mở Những điểm
này được khái quát hóa trong hình 1.18 “hiên ap “Thuận Pao “Vv v “Vv Các cực thiên áp ay ° n n A b © n Là] J , Ị
Chiểu rộng của lớp cạn kiệt: Cực tiểu Cực đại
Điện trở thiết bị: Cực tiểu Cực đại
Dòng điện thiết bị: Cực đại Cực tiểu
HÌNH 1.18 Tạo thiên áp cho lớp chuyển tiếp pn
1.4.4 Chú ý sau cùng
Vào lúc này chúng ta đã đưa vào cả silicon lẫn germanium trong phần thảo luận về các chất bán dẫn và lớp chuyển tiếp Trong số hai loại này thì silicon thường xuyên được dùng vì những lý do sau đây:
1 Silicon có dung sai nhiệt lớn hơn
9 Oxít germanium có thể hòa tan trong nước, điều này
Trang 39Chương 1: Nguyén ly can ban vé trang thai rén 41
3 Tạo một giá trị điện áp đáo, thì germanium cho phép có
dòng điện rò hơn là silieon
Bởi vì được sử dụng thường xuyên trong các chất bán dẫn,
nên chúng ta chỉ thảo luận về silicon mà thôi Chỉ cân nhớ
rằng các mạch điện trên nền germanium hoạt động theo cùng cách các mạch điện trên nên silicon Sự khác biệt chủ yếu đó là
gia tri cua V, dàng cho germanium khác với ding cho silicon Câu hỏi ôn tập 1 9 10
Điện trở và các đặc trưng dong điện của một lớp chuyển
tiếp pn là gì lúc lớp cạn kiệt của nó có độ rộng cực đại?
Độ rộng cực tiếu của nó là gì?
Mục đích khi sử dụng thiển áp là gì?
Ảnh hưởng của thiên áp thuận trên chiều rộng của lớp
cạn kiệt ứng với lớp chuyển tiếp pn như thế nào?
Điện trở của lớp chuyến tiếp ứng với lớp chuyển tiếp pn
được tạo với thiên áp thuận là gì?
Giá trị gần đúng của V, ding cho silicon thiên áp thuận
và các lớp chuyén tiép pn cua germanium?
Liệt kê các phương pháp được dùng phổ biến để tạo thiên
áp thuận cho một lớp chuyển tiếp pn
"Thiên áp đảo có ảnh hưởng gì trên chiều rộng của lớp cạn
kiệt của một lớp chuyển tiếp pn?
Điện trơ của lớp chuyển tiếp sẽ như thế nào khi một lớp
chuyển tiếp pn được tạo thiên áp đáo?
Liệt kê các phương pháp được dùng thường xuyên để tạo thiên áp đảo cho một lớp chuyển tiếp pn
Tai sao silicon lai duge dùng phổ biến hơn germanium
Trang 4042 Chương 1: Nguyên lý căn bản về trạng thái rắn
Dưới đây là một vài khái quát của các điểm chính được
trình bày trong chương này:
1, Hệ thống điện tử trước đây sử dụng đèn chân không để
khuếch đại và chỉnh lưu các tín hiệu ae Các đèn này
thường lớn và hao phí công suất tốa ra do sự mất mát
nhiệt
2 Các đèn chân không (hấu hết các thành phần) được thay thế bằng linh kiện chất rắn Những thành phần này được tạo ra bằng cách sử dụng các vật liệu bán dẫn,
chúng nhỏ hơn và hiệu quả hơn là đèn chân không
3 Mét nguyên tố bán dẫn là một nguyên tố dẫn điện hoặc
không dẫn điện, nó nằm giữa hai đặc tính trên Trong
một vài trường hợp nhất định, tính chất điện trở của một chất bán dẫn có thể thay đối giữa vật dẫn điện và
vật cách điện
4 Lớp vỏ ở tầng ngoài cùng của một nguyên tử gọi là lớp võ hóa trị Lớp vỏ này thật quan trọng bởi vì nó xác
định tính dẫn điện của nguyên tử
a Các nguyên tố có một electron ở lớp vỏ hóa trị là các nguyễn tố dẫn điện b Các nguyên tố có tám electron ở lớp vỏ hóa trị là các nguyên tố cách điện e _ Các nguyên tố bán dẫn thì có bốn electron ở lớp vỏ hóa trị
5 Nguyên tố bán dẫn được dùng phổ biến nhất đó là car-
bon, silicon va germanium
a Silicon va germanium duoc dang phé bién trong việc sản xuất các linh kiện rắn
b Carbon được dùng chủ yếu trong việc sản xuất các