giao trinh linh kien co ngan 5941

Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Trường……………………………… Khoa………………………………… GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU LINH KIỆN 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Cấu trúc nguyên tử Nguyên tử hạt nhỏ nguyên tố mang đặc điểm nguyên tố Nguyên tử gồm có hạt nhân bao xung quanh quỹ đạo điện tử Hạt nhân gồm có hạt tích điện dương gọi proton hạt khơng tích điện gọi notron Điện tử hạt mang điện tích âm Số proton điện tử nguyên tử phụ thuộc vào nguyên tố Ví dụ, nguyên tử đơn giản hyđrơ có proton điện tử Nguyên tử khác helium có proton notron hạt nhân điện tử quay xung quanh 1.1.2 Trọng lượng số nguyên tử Các nguyên tố xếp bảng hệ thống tuần hoàn theo số nguyên tử chúng, tức số điện tử nguyên tử trạng thái trung hoà điện Các nguyên tố xếp theo trọng lượng nguyên tử chúng, trọng lượng nguyên tử xấp xỉ số proton cộng với số notronỉtong hạt nhân Ví dụ hidro có số ngun tử trọng lượng nguyên tử 1,0079 Số nguyên tử cảu helium trọng lượng nguyên tử 4,00260 Ở trạng thái trung hồ ngun tử có số điện tử số proton nên nguyên tử mang điện tích khơng 1.1.3 Quỹ đạo lớp điện tử Điện tử quay xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo định Các điện tử gần hạt nhân có lượng so với điện tử có quỹ đạo xa hạt nhân Quỹ đạo điện tử quanh hạt nhân tương ứng với mức lượng khác Trong nguyên tử, quỹ đạo nhóm thành dải lượng gọi lớp Mỗi nguyên tử có số lớp định, lớp quy định số điện tử lớn quỹ đạo Sự chênh lệch mức lượng lớp thấp so với chênh lệch mức lượng lớp Các lớp gọi lớp K,L,M,N… với lớp K lớp gần hạt nhân 1.1.4 Các điện tử hoá trị Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Các điện tử có quỹ đạo xa hạt nhân có lượng cao liên kết yếu với hạt nhân so với quỹ đạo điện tử có quỹ đạo gần hạt nhân Các điện tử nằm lớp ngồi có mức lượng cao liên kết yếu với hạt nhân Lớp ngồi gọi lớp hố trị điện tử lớp gọi điện tử hố trị Các điện tử hố trị có ảnh hưởng tới tính chất liên kết cấu trúc xác định tích dẫn điện vật chất 1.1.5 Sự ion hoá Khi nguyên tử hấp thu lượng (nhiệt hay ánh sáng), làm tăng mức lượng điện tử Khi điện tử tăng lượng di chuyền quỹ đạo xa hạt nhân Do điện tử hố trị có lượng cao liên kết yếu với hạt nhân so với điện tử lớp trong, chúng nhảy lên quỹ đạo cao lớp hoá trị cách dễ dàng lượng hấp thu Nếu điện tử hố trị thu đủ lượng nhảy khỏi lớp Sự di chuyển điện tử hoá trị làm cho nguyên tử cân điện trở thành tích điện dương (số proton lớn số điện tử), trình điện tử hố trị gọi ion hóa kết nguyên tử tích điện dương gọi ion dương Các điện tử hoá trị trở thành điện tử tự Khi điện tử tự bị hút vào lớp ngồi ngun tử trở nên tích điện âm gọi ion âm 1.1.6 Số điện tử lớp Số điện tử lớn (Ne) có lớp nguyên tử tính theo cơng thức: N e = 2n n số lớp Lớp K có số 1, lớp L số 2, lớp M số 3,… Ví dụ số điện tử lớn có lớp K là: N e = n = 2.12 = Tất lớp nguyên tử phải điền đủ số điện tử trừ lớp 1.2 CHẤT BÁN DẪN, CHẤT DẪN ĐIỆN, CHẤT ĐIỆN MÔI Chất dẫn điện chất dễ dàng dẫn dòng điện Chất dẫn điện tốt đơn chất ví dụ đồng, bạc, vàng, nhôm, chất mà nguyên tử Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội có điện tử hoá trị liên kết yếu với hạt nhân Điện tử hoá trị liên kết yếu với hạt nhân nên đễ dàng tách khỏi nguyên tử tạo thành điện tử tự Do chất dẫn điện có nhiều điện tử tự đặt điện trường tạo nên dịng điện Chất cách điện chất khơng dẫn dịng điện điều kiện thường Phần lớn chất cách điện tốt hợp chất có nhiều chất Các điện tử hoá trị liên kết chặt chẽ với hạt nhân, có điện tử tự chất cách điện Chất bán dẫn chất nằm chất dẫn điện chất cách điện khả dẫn dòng điện Chất bán dẫn đơn chất phổ biến Silicon, Germanium Carbon Chất bán dẫn phổ biến gali arsen sử dụng phổ biến Các chất bán dẫn đơn chất tạo thành từ nguyên tử có điện tử hoá trị 1.2.1 Các vùng lượng Lớp hoá trị nguyên tử thay vùng mức lượng điện tử hoá trị bị giới hạn vùng Nếu điện tử hấp thu đủ lượng ngồi rời khỏi lớp hoá trị trở thành điện tử tự tồn vùng gọi vùng dẫn Sự chênh lệch lượng vùng hoá trị vùng dẫn gọi vùng cấm Đây phần lượng mà điện tử hố trị phải có để nhảy từ vùng hố trị lên vùng dẫn Hình 1-1 cấu trúc vùng lượng chất bán dẫn, dẫn điện cách điện Đối với chất cách điện lớn, điện tử hố trị khơng nhảy lên vùng dẫn trừ trường hợp bị đánh thủng có điện áp vơ lớn đặt lên Đối với chất bán dẫn vùng cấm hẹp hơn, cho phép điện tử hoá trị nhảy lên vùng dẫn trở thành điện tử tự Đối với chất dẫn điện vùng lượng bị chồng lên nhau, ln ln có số lớn điện tử tự Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Mức lượng Mức lượng Mức lượng Vùng dẫn Vùng dẫn Vùng cấm Vùng cấm Vùng dẫn Bị chồng Vùng hoá trị Vùng hoá trị 0 Chất cách điện Vùng hoá trị Chất bán dẫn Chất dẫn điện Hình 1.1 Cấu trúc vùng lượng chất cách điện , chất bán dẫn chất dẫn điện 1.2.2 Chất điện môi 1.2.2.1 Khái niệm Chất điện môi (hay cong gọi chất cách điện) chất dẫn điện Chất điện mơi chất có điện trở suất cao, khoảng 107 ÷ 1017Ωm nhiệt độ bình thường ( khoảng 25oC) Chất cách điện gồm phần lớn vật liệu vô hữu 1.2.2.2 Một số tính chất chất điện mơi • Hằng số điện mơi (cịn gọi độ thẩm thấu điện tương đối) Hằng số điện môi tham số biểu thị khă phân cực chất điện môi Trạng thái phân cực chất điện môi trường hợp số phần thể tích chất điện mơi có mô men điện khác không Mức độ phân cực chất điện môi đánh giá thay đổi điện dung tụ điện thay chân không khơng khí hai cực tụ vật liệu chất điện môi Trị số gọi độ thẩm thấu điện tương đối chất điện môi hay số điện mơi, kí hiệu ε xác định biểu thức: ε= Cd C0 Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Trong : Cd : điện dung tụ điện sử dụng chất điện môi C0: điện dung tụ điện sử dụng chất điện mơi khơng khí chân khơng Độ tổn hao điện mơi Pa Là cơng suất điện chi phí để làm nóng chất điện mơi đặt điện trường Độ tổn hao lượng nghiên cứu điện áp xoay chiểu điện áp mơộtchiều xuất dịng điện dị Độ tổn hao điện môi đặc trưng công toả đơn vị thể tích điện mơi gọi tổn hao điện môi Đế đặc trưng cho khả toả nhiệt chất điện mơi đặt điện trường người ta sử dụng tham số góc tổn hao điện mơi(tgδ, δ góc tổn hao) Hình 1.6(trnag 25 sach linh kien bưu chính) sơ đồ tương đương tụ điện có tổn hao • tgδ = Ia Ua = Ic Uc Độ tổn hao điện mơi Pa=U2ωCtgδ Trong : Pa: cơng suất điện làm nóng chất điêện mơi U: điện áp dặt lên tụ điện C: điện dung tụ Ω: tần số góc (rad/s) Tgδ: góc tổn hao điện mơi Nhận xét: Chất điện mơi có tham số góc tổn hao điện mơi nhỏ độ tổn hao điện mơi thấp Khi tụ điện làm việc dải tần rộn, có dịng điện dị độ tổn hao điện mơi tính theo cơng thức: Pa =U2/R với R nội trở tụ điện Nếu tổn hao điện môi tụ điện điện trở cực, dây dẫn tiếp giáp tổn hao điện mơi tăng tỉ lệ với bình phương tần số: Pa=U2ωC2R2 Trên thực tế tụ điện làm việc tần số cao thường có cực, dây dẫn, tiếp giáp tráng bạc để giảm nhỏ điện trở chúng • Độ bền nhiệt chất điện môi.Eđt Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Hiện tượng đánh thủng chất điện môi: Nếu đặt chất điện môi vào điện trường tăng cường độ điện trường lên giá trị giới hạn chất điện mơi khả cách điện, gọi tượng đánh thủng chất điện mơi Giá trị điện áp mà xảy hiênj tượng đánh thủng gọi điện áp đánh thủng, Udt E dt = U dt (KV/cm) d Udt: điện áp đánh thủng chất điện môi d: độ dày lớp điện mối bị đánh thủng 1.2.2.3 Dòng điện chất điện mơi Dịng điên jtrong chất điện mơi gồm có thành phần: dịng điện dịch dịng điện rị Dịng điện dịch(Dịng điện cảm ứng): Q trình chuyển dịch phân cực điện tích liên kết chất điện môi xảy đạt đến trang jthái cân tạo nên dòng điện phân cực dòng điện dịch Khi điện áp xoay chiều dòng điện dịch tồn suốt thời gian chất điện môi nằm điện trường Khi điện áp chiều dòng điện chuyển dịch tồn thời điểm đóng, ngắt điện áp Dịng điện rò: Là dòng điện tạo điện tíchtwj điện tử phát xạ chuyển động tác dụng điện trường Nếu dòng ro lớn làm tính chất cách điện chất điện mơi Vậy dịng điện chất điện mơi là: I=Idịch+Irị Sau trình phân cực kết thúc qua chất điện mơi cịn dịng điện rị 1.2.2.4 Độ dẫn điện chất điện môi Điện trở chất điện môi hai cực đặt điện áp chiều lên chúng giống điện trở cách điện chúng Điêệntrở cách điện đựpc tính thồng qua dòng điện rò: Rcd = U I − ∑ I CM Trong đó: ∑ I CM : tổng thành phần dòng điện phân cực I: Dòng điện nghiên cứu Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Ngồi để đánh giá độ dẫn điện chất điện môi người ta sử dụng tham số điện trở suất khối: ρ = R S d Trong đó: R: điện trở khối thể tích chất điện mơi S: diện tích d: độ dày mẫu chất điện môi 1.2.2.5 Một số chất điện môi thường dùng Chất điện môi chia làm hai loại chất điện môi thụ động chất điện mơi tích cực • Chất điện mơi thụ động * Mica: Vật liệu có tinh chịu nhiệt cao, bền điện, Etđ=50 ÷ 200KV/mm, nhiệt độ chịu đừng cao đến 6000C, số điện mơi ε= ÷ 8; góc tổn hao nhỏ tgδ=0,0004; điện trở suất ρ=107 Ωm Mi ca thường dùng làm tụ mi ca, làm khuôn mẫu cho chi tiết linh kiện điện tử, làm cuộn cảm, ống đãn sóng, biến áp, làm chất cách điện dụng cụ thiết bị điện tử bị nung nóng * Sứ: độ bền điện, Etđ=15 ÷ 30KV/mm, số điện mơi ε= 6,3 ÷ 7,5, điện trở suất ρ=3 1014 Ωm Sứ dùng làm giá đỡ cách điện, làm tụ điện, làm đế đèn * Gốm: đất nung, chịu nhiệt tốt, dễ thay đổi hình dạng Gốm sử dụng chủ yếu làm tụ điện Gốm có số điện mơi ε= 1700 ÷ 4500; góc tổn hao nhỏ tgδ=0,02 ÷ 0,03, tỷ trọng 4Mg/m3 Gốm vừa chất điện môi thấp tần vừa chất điện môi cao tần * Chất dẻo, nhựa tổn hợp(Bakelit): thường có độ bền học cao, chịu nhiệt độ cao, 3000C, Etđ=10 ÷ 40KV/mm, số điện mơi ε= ÷ 4,6 , góc tổn hao điện mơi nhỏ tgδ=0,05÷0,12 Bakelit thường dùng làm khn mẫu để chế tạo linh kiện, chế tạo vỏ máy TV, thiết bị đo Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội * Giấy làm tụ điện: Tụ giấy thường dùng nơi có nhiệt độ cao(70÷100oC), giấy có độ bền điện caoE=30KV/mm, số điện mơi nhỏ ε=3÷ • Chất điện mơi tích cực * Thạch anh áp điện(SiO2):tồn dạng tinh thể, không màu, suốt, gọi phalê thiên nhiên thạch anh màu Tinh thể thạch anh áp điện kéo dài phương pháp nhân tạo, tính chất gần giống tính chất tinh thể thiên nhiên Trong thiết bị sử dụng thạch anh tạo cho tương tự đơn tinh thể không đẳng hướng tính chất hướng khác khác Thạch anh thường dùng để chế tạo dao động, cộng hưởng thạch anh * Xây nhét điện: Đây tượng phân cực tự phát muối xây nhet Khi đặt điện trường lên xây nhet bị phân cực Sau điện trường ngừng tác dụng xây nhét tiếp tục điễn tượng phân cực Độ thẩm thấu điện xây nhét điện diễn mạnh phụ thuộc vào cường độ điện trường tác dụng * Chất khí: khơng khí có độ thẩm thấu điện εo=8,85pF/m; nhiệt độ thấp điện trường thấp khơng khí không dẫn điện * CHất lỏng: Dầu: dầu thường dùng để tạo chất cách điện cách thay không số hệ thống dùng để tẩm chất cách điện xốp Độ bền điện dầu phuụthuộc vào độ thinh khiết 1.3 Chất dẫn điện 1.3.1 Khái niệm Chất dẫn điện vật liệu có độ dẫn điện cao Trị số điện trở suất thấp khoảng 10-8 đến 10-5Ωm Trong tự nhiên chất dẫn điện tồn thể rắn, lỏng khí (hoặc kim loại) Chất rắn: kim loại, chia thành loại: - Kim loại có độ dẫn điện cao, thường sử dụng để chế tạo dây dẫn, cáp, biến áp, ống dẫn sóng, chân linh kiện điện tử - Kim loại hợp chất kim loại có điện trở suất cao dùng để chế tạo dụng cụ nung nóng dây mayso, sợi tóc bóng đèn, điện trở Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Chất lỏng: gồm kim loại nóng chảy dung dịch điện phân, thông thường dung dịch kiềm, dung dịch axit dung dịch muối Trong chất điện phân hạt tích điện ion dương ion âm Khi có dịng điện chạy qua chất điện phân điện tích chuyển động dẫn đến thành phần chất điện phân thay đổi điện cực xuất kết trình điện phân Chất khí kim loại: Trong mơi trường có cường độ điện trường thấp chất kim loại không dẫn điện Khi cường độ điện trường cao đến mức xảy ion hoá va chạm quang học chất khí dẫn điện Độ dẫn điện ion điện tử tự định 1.3.2 Một số đặc tính chất dẫn điện 1.3.2.1 Điện trở suất l S ρ = R [Ω.mm][ μΩ.m] Trong đó: S: tiết diện dây dẫn L: chiều dài dây dẫn R: điện trở dây dẫn Điện trở suất chất dẫn điện nằm khoảng từ 0,016μΩ.m (Ag) đến 10μΩ.m (hợp kim sắt- crôm- nhôm) Chất có điện trở suất thấp thường dùng làm dây dẫn như: Đồng đỏ (Cu) : ρ= 0, 017μΩ.m Nhôm(Al) : ρ= 0, 028μΩ.m Vàng (Au) : ρ= 0, 055μΩ.m Volfram(W) : ρ= 0, 024μΩ.m Molipden(Mo) : ρ= 0, 057μΩ.m 1.3.2.2 Hệ số nhiệt điện trở suất (α) Hệ số nhiệt điện trở suất biểu thị thay đổi điện trở suất nhiệt độ thay đổi 10C Khi nhiệt độ tăng điện trở suất tăng theo quy luật: ρt=ρ0(1+αt) Trong : Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 10 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội ρt: điện trở suất nhiệt độ t ρ0: điện trở suất nhiệt độ 00C α: hệ số nhiệt điện trở suất [K-1] Nếu kim loại nguyên chất hệ số nhiệt chúng có giá trị α=1/273,15K-1=0,004K-1 1.3.3.3 Hệ số dẫn nhiệt λ Hệ số dẫn nhiệt lương jnhiệt truyền qua đơn vị điện tích đơn vị thời gian gradien nhiệt độ đơn vị Đơn vị hệ số dẫn nhiệt W/m.K Sự dẫn nhiệt trình truyền nhiệt chuyển động hỗn loạn nguyên tử Lượng nhiệt truyền qua diện tích bề mặt S thời gian t là: Q=λ Δt St Δl Trong đó: λ: hệ số dẫn nhiệt Δt : Lượng chênh lệch nhiệt độ hai thời điểm cách khoảng Δl S: diện tích bề mặt T: thời gian 1.3.3.4 Cơng điện tử kim loại Ở 00K điện tử khỏi bề mặt kim loại lượng cần thiết để thoát khỏi bề mặt kim loại EB, mà lượng lớn điện tử đạt Ep Năng lượng cần thiết để cấp thêm cho điện tử để khỏi bề mặt kim loại Ew=EB-EP gọi cơng kim loại Như vậy, cơng kim loại biểu thị lượng tối thiểu cần cung cấp cho điện tử chuyển động nhanh 0oK để điện tử khỏi bề mặt kim loại Phát xạ nhiệt điện tử: Giả sử nung nóng sợi dây kim loại, nhiệt cấp cho điện tử mạng tinh thể phân bố lượng điện tử bị thay đổi Một số điêệntử có khả bứt khỏi mạng tinh thể trở thành điện tử tự do(thoát khỏi bề mặt kim loại) 1.3.3.5 Điện tiếp xúc Hiệu điện tiếp xúc hai kim loại xác định hiệu điện hai điểm A, B Nguyên nhân tồn hiệu điện hai kim loại tiếp xúc Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 11 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội tạiđiểm C, điện tử chảy từ kim loại có cơng thấp tới kim loại có cơngthốt cao Dòng chảy điện tử sẽtiếp tục đến hai kim loại đạt nhiều điêệntích âm tới mức trường cản lại hình thành, trường đẩy điệntử khác Sự chênh lệch EAB hai điểm A, B tính theo công thức: EAB=Ew2-Ew1 Điều nghĩa chênh lệch tiếp xúc hai kim loại hiệu hai cơng chúng Tương ứng với EAB điện tiếp xúc VAB hai kim loại giống điện tiếp xúc chúng Nếu hai kim loại khác kim loại có cơng lớn trở thành điện tích âm ngược lại kim loại có cơng nhỏ trở thành điện tích dương 1.3.4 Một số loại vật liệu dẫn điện thường dùng 1.3.4.1 Chất dẫn điện có điện trở suất thấp * Bạc: chất có độ dẫn điện cao nhất, ρ= 0, 0165μΩ.m, nhiên Bạc linh kiện quý nên dùng làm điện cực cho linh kiện địi hỏi độ xác cao chân vi xử lí máy tính * Đồng nguyên chất(Cu): có điện trở suất đứng sau Bạc Đồng có độ bền học cao, dễ dàng kéo sợi, dát mỏng với kích thược khác nhau, dễ hàn Đồng có độ bền chống ăn mịn cao nhờ lớp oxit bề mặt Đây vật liệu sử dụng phổ biến Đồng thường sử dụng làm tiếp điểm mạ bạc để chống oxi hoá Đồng nguyên chất sử dụng làm dây dẫn, chi tiết đèn điện tử, đầu côgn suất thiết bị điện tử siêu cao tần Ngoài hợp chất Đồng sử dụng nhiều chúng có độ bền học cao - Đồng thau (còn gọi Latun, hợp kim Đồng Kẽm): (65÷70)%Cu+(35÷30)%Zn Đồng thau có độ bền học cao Thường dùng làm đầu nối dây, tiếp xúc - Đồng Bronda chứa: 95,5%Cu+2,5%Al+2%Zn Đồng Bronda thường dùng làm lò so dẫn điện - Đồng phốt chứa: 98,7%Cu+0,13%Sn Đồng phốt thường sử dụng cần độ chống ăn mòn tiếp điểm điện Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 12 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội - Đồng trắng(Nikel- Silver) chứa: 55%Cu+27%Zn+18%Ni Đồng trắng dùng cho thiết bị điện thoại, dây điện trở tiếp điểm Tổng quan, hợpchất đồng có số tham số sau: ρ= 0, 03 ÷ 0,06μΩ.m; α=0,002K-1; tnc=900oC * Nhôm (Al): chất dẫn điện tốt thứ hai, đứng sau đồng Nhơm có số tham số sau: ρ= 0, 0267μΩ.m; α=0,0045K-1; tnc=660oC Nhôm dẻo, chắn so với trọng lượng có hệ số phản xạ cao, chống ăn mịn tốt Nhơm dễ bị oxy hố mặt ngồi, chống ăn mồn tốt lại làm cho Nhơm khó hàn so với Đồng Để tải cơng suất điện dây nhơm cần có tiết diện lớn dây đồng Cáp nhơm thường có lõi thép gia cố Nhơm dạng màng mỏng thường sử dụng nhiều công nghiệp vi điện tử Nhôm dễ dát mỏng nên thường dùng để làm tụ điện, làm cánh toả nhiệt, lớp phủ phản xạ * Thiếc(Sn): ρ= 0, 115μΩ.m; α=0,0042K-1; tnc=230oC Thiếc thường sử dụng để hàn dây dẫn linh kiện điện tử * Chì(Pb): ρ= 0, 21μΩ.m; α=0,004K-1; tnc=330oC Chì thường dùng làm cầu chì, vỏ bọc cáp chơn đất, chế tạo acqui axít * Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (Volfram, Niken, Molipden): thường sử dụng làm sợi nung, làm tiếp điểm, công tắc, điện cực đèn điện tử chân không * Các kim loại quý hiếm(Vàng, Bạc, Bạch kim): sử dùng rộng rãi Đây kim loại bền vững nhận với độ tinh khiết cao 99,99% - Bạc (Ag): dẫn điện tốt, chống ăn mòn hay bị xỉn Bạc thường dung để mạ bề mặt đòi hỏi độ dẫn điện tốt (Các ống siêu cao tần), cơng tắc, cực bình điện phân Hợp kim bạc dùng nhiều Hợp kim bạc có ưu điểm cứng bạc nguyên chất chịu ăn mòn - Vàng (Au): có độ dẫn điện cao, có tính chống ăn mịn, chống oxy hóa tốt Vàng thường dùng để làm dây dẫn cao tần, làm vật liệu tiếp xúc, phủ chống ăn mòn, tráng mặt ống dẫn sóng, làm chân linh kiện bán dẫn địi hỏi có độ nhạy, độ bền khả dẫn điện Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 13 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội cao( chân vi xử lý, bo mạch in máy tính ) Vàng hỗn hợp nấu với thuỷ tinh dùng dây dẫn mạch lai màng dày Vàng dùng làm vật liệu dẫn điện mạch lai màng mỏng IC có nhiều đầu Hợp kim vàng dùng để chế tạo công tắc xoay, rơ le điện thoại - Bạch kim(Pt): Là loại kim loại quý hiếm, có tinh chống ăn mịn tốt, có nhiệt độ nóng chảy cao Bạch kim dẻo, dễ tạo hình nên dễ dàng kéo sợi nhỏ mảnh, thường dùng thiết bị đo có độ nhạy cao, dùng để mạ tiếp điện chân điẹn cực Bạch kim dùng làm nhiệt kế điện, cặp nhiệt điện làm việc nhiệt độ cao lên tới 16000C Sợi bạch kim có đường kính 0,001nm dùng để treo hệ thống di động đồng hồ đo điện dụng cụ có độ nhạy cao - Pladi kim loại q hiếmcó tính chống ăn mịn cao, nhiệt độ nóng chảy cao Pladi dễ tạo hình (giống bạch kim) mạ điện Bề ngoại Pladi giống bạch kim Pladi dùng để mạ tiếp điểm, chân linh kiện, làm rơle điện thoại Dùng pladi kinh tế bạch kim 1.3.4.2 Chất dẫn điện có điện trở suất cao Các hợp kim có điện trở suất cao dùng để chế tạo dụng cụ đo điện, điện trở, biến trở, dây mayso, thiết bị nung nóng nhiệt Các hợp kim thường dùng yêu cầu phải có hệ số nhiệt α nhỏ Thơng thường, hợp kim sử dụng phổ biến hợp kim đồng - Hợp kim Manganin ( 86%Cu + 40%Mn + 2%Ni) Hợp kim có điện trở suất ρ=(0,42÷0,52)μΩ.m, hệ số nhiệt α = -0,00005K-1, nhiệt độ nóng chảy t0=12000C, tỷ trọng 8,4.103 kg/m3 Maganin có sắc vàng, dễ dàng kéo sợi, dát mỏng đến 0,1mm Maganin dùng dụng cụ đo điện, điện trở mẫu - Hợp kim Constantan (60%Cu + 40%Ni + 1%Mn) Hợp kim có điện trở suất ρ=(0,48÷0,52)μΩ.m, hệ số nhiệt α = -0,00005K-1, nhiệt độ nóng chảy t0=12700C, tỷ trọng 8,9.103 kg/m3 Constantan kéo sợi nhỏ, mảnh, dát mỏng Manganin Costantan dùng để chế tạo điện trở, biến trở, thiết bị đốt nóng điện nhiệt độ nhỏ 500oC Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 14 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội - Cacbon(C): có hai loại kết tinh graphit kim cương Graphit(than chì) có dạng bền nhịêt độ phòng Than chị tự nhiên có điện trở suất cao dùng để chế tạo điện trở, biến trở Bột than chì dùng làm điện trở thay đổi áp lực âm thanh, làm phóng điện cho mạng lưới điện thoại 1.4 Chất bán dẫn 1.4.1 Khái niệm Chất bán dẫn vật chất có điện trở suất nằm trị số điện trở suất chất dẫn điện chất điện mơi nhiệt độ phịng Điện trở suất chất bán dẫn nằm khoảng ρ= 10-6 ÷ 108 μΩ.m Trong tự nhiên chất bán dẫn có nhiều Theo bảng hệ thống tuần hồn Mendeleep có: Bo, Indi, Gali nhóm 3, Silic, Gemarni nhóm 4, Selen, Lưu huỳnh nhóm 6, Asen nhóm Trong kỹ thuật điện tử sử dụng số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh thể Đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn độ dẫn điện nhỏ nhiệt độ thấp tăng theo quy luật luỹ thừa với tăng nhiệt độ tăng gấp bội có trộn thêm tạp chất Đặc điểm chất bán dẫn độ dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ moi trường, nồng độ tạp chất, cong phụ thuộc vào ánh sáng, xạ ion hoá Phổ biến quan trọng hai chất Silic Germani chất Bo, Nhôm Phốt pho, Asen dùng pha tạp thêm vào chất bán dẫn tạo nên bán dẫn pha tạp 1.4.2 So sánh nguyên tử chất dẫn điện chất bán dẫn Trong cấu trúc nguyên tử silic, lõi nguyên tử silic mang điện tích +4 (14 proton 10 điện tử), cấu trúc nguyên tử đồng, lõi nguyên tử đồng mang điện tích +1 (29 proton 28 điện tử) Điện tử hoá trị nguyên tử đồng chịu lực hút +1và điện tử hoá trị nguyên tử silic chịu lực hút +4 Hơn nữa, điện tử hoá trị nguyên tử đồng lớp thứ tư điện tử hoá trị nguyên tử silic lớp thứ ba Do điện tử hố trị ngun tử đồng có lượng lớn điện tử hố trị Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 15 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội nguyên tử silic Điều có nghĩa điện tử hố trị nguyên tử đồng dễ dàng nhận lượng để trở thành điện tử tự điện tử hoá trị nguyên tử silic Trong thực tế, lượng lớn điện tử hoá trị nguyên tử đồng đủ lượng để trở thành điện tử tự thể đoạn chồng vùng hoá trị vùng dẫn đồ thị cấu trúc vùng lượng 1.4.3 Silic Gemani Hình 1-2 cấu trúc nguyên tử Silic Gemani Silic Gemani có điện tử hố trị Silic vật liệu sử dụng rộng rãi để chế tạo nên diode, transisto, mạch tích hợp linh kiện bán dẫn khác Các điện tử hoá trị nguyên tử gemani lớp thứ tư cịn điện tử hố trị nguyên tử silic lớp thứ ba, gần hạt nhân Có nghĩa điện tử hố trị nguyên tử gemani có mức lượng cao nguyên tử silic, cần lượng nhỏ điện tử hố trị ngun tử gemani trở thành điện tử tự Điều làm cho gemani không ổn định nhiệt độ cao, lý silic vật liệu bán dẫn sử dụng rộng rãi Hình 1.2 Cấu trúc nguyên tử Silic Gemani 1.4.4 Liên kết cộng hố trị Silic gemani có cấu trúc mạng tinh thể, nghĩa nguyên tử silic (hoặc gemani) liên kết với bốn nguyên tử xung quanh theo liên kết cộng hoá trị Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 16 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội electron góp chung Hình 1.3 Cấu trúc mạng tinh thể liên kết cộng hố trị Si 1.4.5 Tính dẫn điện chất bán dẫn 1.4.5.1 Lỗ trống điện tử dẫn điện Tính thể silic thuần(tinh khiết) nhiệt độ phòng nhận lượng (nhiệt, ánh sáng) từ mơi trường ngồi, làm cho số điện tử hoá trị tăng lượng nhảy mức từ vùng hoá trị lên vùng dẫn, trở thành điện tử tự gọi điện tử dẫn điện Khi điện tử nhảy lên vùng dẫn để lại khoảng trống vùng hoá trị gọi lỗ trống Do có lượng ngồi kích thích tạo nên cặp điện tử-lỗ trống Sự tái hợp xuất điện tử vùng dẫn bị lượng quay trở lỗ trống vùng hoá trị vùng dẫn điện tử tự lỗ trống vùng hố trị Hình 1.4 Q trình tạo cặp điện tử tự - lỗ trống đồ thị vùng lượng 1.4.5.2 Dòng lỗ trống điện tử Khi có điện áp đặt vào mảnh silic thuần, điện tử tự chuyển động phía cực dương nguồn, gọi dòng điện tử Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 17 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp Hà Nội Một dịng khác xuất vùng hố trị dịng lỗ trống Các electron cịn lại vùng hố trị liên kết với hạt nhân không tự di chuyển tinh thể electron tự Tuy nhiên, electron hố trị di chuyển đến lỗ trống gần với thay đổi mức lượng nhỏ để dịng lỗ trống dịng điện tử I Hình 1.5 Dịng điện tử dòng lỗ trống lại lỗ trống Thực tế, lỗ trống di chuyển cấu trúc tinh thể gọi dòng lỗ trống 1.4.6 Chất bán dẫn loại P loại N Độ dẫn điện Silic Gemani tăng mạnh cách thêm tạp chất vào vật liệu bán dẫn thuần, tức làm tăng số hạt dẫn điện (điện tử lỗ trống) tăng độ dẫn điện Có hai chất bán dẫn tạp chất loại N loại P 1.4.6.1 Chất bán dẫn loại N Để tăng số electron vùng dẫn tinh thể silic người ta thêm ngun tử có hố trị V, tức có điện tử hố trị Ví dụ nguyên tử As(asen), P(photpho), Bi(bitmut), Sb(antimon) Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 18 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Electron tự từ nguyên tử Sb Vùng dẫn Mức lượng tạp chất Vùng hoá trị Hình 1.6 Đồ thị vùng lượng cấu trúc mạng tinh thể chất bán dẫn loại N Như minh hoạ hình 1-6 nguyên tử tạp chất (ví dụ Sb) liên kết cộng hố trị với nguyên tử silic xung quanh Bốn electron hoá trị nguyên tử Sb tham gia vào liên kết cộng hố trị với ngun tử Silic cịn electron không tham gia vào liên kết Electron trở thành electron dẫn điện khơng gắn với ngun tử Nguyên tử tạp chất cho electron nên gọi nguyên tử đono Số lượng electron dẫn điện thay đổi cách thay đổi số nguyên tử tạp chất pha tạp vào Electron dẫn điện tạo pha tạp lại không tạo tạo lỗ trống vùng hoá trị Việc làm sai hỏng mạng tinh thể chất bán dẫn tạp chất đono tương ứng với việc làm xuất vùng cấm bán dẫn mức lượng cục nằm sát đáy vùng dẫn Những mức lượng gọi mức đôno Khoảng cách từ đáy vùng dẫn đến mức đono nhỏ nhiều độ rộng vùng cấm, lượng cần thiết để điện tử nhảy từ mức đôno lên vùng dẫn (năng lượng ion hoá) nhỏ nhiều lượng cần thiết để đưa điện tử từ vùng hoá trị lên vùng dẫn Điều lần giải thích chất bán dẫn loại N thành phần dòng điện chủ yếu điện tử Trong chất bán dẫn N dòng điện tạo phần lớn electron nên electron gọi hạt đa số Nhưng có số lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện cặp điện tử- lỗ trống tạo tượng nhiệt (các lỗ trống không tạo pha tạp) Các lỗ trống gọi hạt thiểu số 1.4.6.2 Chất bán dẫn loại P Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 19 Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Để tăng số lỗ trống tinh thể silic người ta thêm ngun tử có hố trị III, tức có điện tử hố trị Ví dụ nguyên tử Al(nhôm), B(Bo), In(Indi), Ga(Gali) Mức lượng tạp chất Vùng dẫn lỗ trống từ nguyên tử B Vùng hố trị Hình 1.7 Đồ thị vùng lượng cấu trúc mạng tinh thể chất bán dẫn loại P Như minh hoạ hình 1-7 nguyên tử tạp chất (ví dụ B) liên kết cộng hoá trị với nguyên tử silic xung quanh Ba electron hoá trị nguyên tử B tham gia vào liên kết cộng hoá trị với nguyên tử Silic mà cần bốn electron hoá trị nên lỗ trống tạo Bởi nguyên tử tạp chất nhận electron nên gọi nguyên tử acceptor Số lượng lỗ trống thay đổi cách thay đổi số nguyên tử tạp chất pha tạp vào Lỗ trống tạo pha tạp không phụ thuộc vào điện tử tự Tương tự chất bán dẫn loại N, chất bán dẫn loại P việc làm sai hỏng mạng tinh thể chất bán dẫn tạp chất acceptor tương ứng với việc làm xuất vùng cấm bán dẫn mức lượng cục nằm sát đỉnh vùng hoá trị Những mức lượng gọi mức acceptor Bởi cần lượng nhỏ (năng lượng ion hố)cũng làm cho điện tử nhảy vùng hoá trị lên mức acceptor, làm cho nguyên tử tạp chất ion hoá trở thành ion âm đồng thời làm xuất lỗ trống vùng hoá trị Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 20 ... dát mỏng Manganin Costantan dùng để chế tạo điện trở, biến trở, thiết bị đốt nóng điện nhiệt độ nhỏ 500oC Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân 14 Giáo trình Linh kiện... trường người ta sử dụng tham số góc tổn hao điện mơi(tgδ, δ góc tổn hao) Hình 1.6(trnag 25 sach linh kien bưu chính) sơ đồ tương đương tụ điện có tổn hao • tgδ = Ia Ua = Ic Uc Độ tổn hao điện môi... thường dùng làm khuôn mẫu để chế tạo linh kiện, chế tạo vỏ máy TV, thiết bị đo Phạm Thị Thanh Huyền- Phạm Thị Quỳnh Trang- Nguyễn Thị Kim Ngân Giáo trình Linh kiện Điện Tử Đại học Công Nghiệp