KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

GI I THI U MƠN H C Tên mơn h c : K THU T ðI N T Phân ph i giơ : 42 ti t Sơ tín ch : – Ki m tra: 20% GV phu* trách : Lê Thi Kim Anh Email : ltkanh@hcmut.edu.vn Tài li u tham kh o : Theodore F.Bogart, JR Thi: 80% (tr$c nghi%m) Electronic devices and Circuits 2nd Ed , Macmillan 1991 Millman & Taub Pulse digital and switching waveforms McGraw Hill Savant, Rodent, Carpenter Electronic Design – Circuits and Systems Lê Phi Y&n, Nguy)n Như Anh, Lưu Phu, Ky3 thu4t ñi6n tư8 NXB Khoa h c ky thu!t Chương GI I THI U V: BÁN D=N 1.1 V4t li6u bán dAn > D?a tính dAn đi6n, v4t li6u bán dAn không phGi v4t li6u cách ñi6n mà không phGi v4t li6u dAn ñi6n tJt > ðJi vLi v4t li6u d/n ñi n, lLp vM ngồi cOa ngun tP có rRt electron, có khuynh hưLng giGi phóng electron ñS tTo thành electron t? ñTt ñUn trTng thái bVn vWng Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh > V4t li6u cách n lTi có khuynh hưLng giW lTi electron lLp ngồi cOa đS có trTng thái bVn vWng > V4t li6u bán d/n, có khuynh hưLng đTt đUn trTng thái bVn vWng t3m th4i bXng cách lRp ñYy lLp cOa lLp vM ngồi > Các chRt bán dAn điSn Gecmanium (Ge), Silicium (Si), Là nhWng ngun tơ] thu^c nhóm nXm bGng thJng tuYn hoàn Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh Ví du7 vê8 nguyên tư9 bán d/n Silicon (Si) Nguyên tP bán dAn Si, có electron ` lLp H t nhân m t n a liên k t hóa tr liên k t hóa tr Liên k&t hóa tr= tinh thê9 bán d/n Si Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 1.2 Dòng ñi6n bán dAn > Trong v4t li6u dAn ñi6n có rRt nhiVu electron t? > Khi ` điVu ki6n mơi trưcng, nUu đưdc hRp thu m^t lưdng nhi6t electron sf đưdc giGi phóng khMi ngun tư8 > Khi electron chuySn đ^ng có hưLng sf sinh dịng đi6n > ðJi vLi v4t li6u bán dAn, electron t? ñưdc sinh m^t cách tương tư Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh > Tuy nhiên, lưdng cYn đS giGi phóng electron lLn ñJi vLi v4t li6u dAn ñi6n chúng bi ràng bu^c b`i liên kUt hóa tri Gi n đơ8 lưAng > ðơn vi lưdng qui ưLc giGn ñk electronvolt (eV) > M^t electron muJn tr` thành m^t electron t? phGi hRp thu ñO m^t lưdng lưdng xác đinh Bài gi ng mơn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh > Năng lưdng phm thu^c vào dTng nguyên tP lLp mà electron ñang chiUm > Năng lưdng phGi ñO lLn ñS phá liên kUt hóa tri giWa nguyên tP > ThuyUt lưdng tP cho phép ta nhìn mơ hình ngun tP d?a lưdng cOa nó, thưcng đưdc biSu dipn dưLi dTng giGn đk lưdng Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh > Các electron có thS di chuySn tq lLp bên đUn lLp bên nguyên tP bXng cách nh4n thêm m^t lưdng lưdng bXng vLi chênh l6ch lưdng giWa hai lLp > Ngưdc lTi, electron có thS mRt lưdng tr` lTi vLi lLp có mrc lưdng thRp > Các electron t? v4y, chúng có thS giGi phóng lưdng tr` lTi lLp vM cOa nguyên tP Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh > Khi nhìn m^t nguyên tP, electron nguyên tP sf ñưdc ssp xUp vào mrc lưdng rci rTc tùy thu^c vào lLp lLp mà electron chiUm Các mrc lưdng giJng cho mti ngun tP > Tuy nhiên, nhìn tồn b^ v4t li6u, mui nguyên tP chiu Gnh hư`ng tq tác đ^ng khác bên ngồi ngun tP Do ñó, mrc lưdng cOa electron lLp lLp có thS khơng cịn bXng giWa nguyên tP Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh Gi n ñB vùng lưAng cDa mEt sG vHt li u Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 10 > ðS thS hi6n s? phm thu^c cOa hi6u ñi6n thU vào nhi6t ñ^, ngưci ta ñưa khái ni6m ñi6n thU nhi6t: kT vT = q ⇒  NAND   V0 = Vγ = VT ln   ni  Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 40 Ví du7 M^t chuySn tiUp PN ñưdc tTo nên tq bán dAn loTi P có 1022 acceptor/m3 bán dAn loTi N có 1.2 x 1021 donor/m3 Tìm đi6n thU nhi6t ñi6n thU hàng rào tTi 25°°C Cho ni = 1.5 x 10 16 electron/m3 Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 41 HưLng dAn kT Áp dmng: VT = q vLi: T = 25 + 273 = 298°°K k = 1.38 x 10>23 q = 1.6 x 10 >19C VT = 25.7 mV ði6n thê] hàng rào:  N A N D V0 = VT ln  n i    = 635 V  Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 42 1.5 Phân c?c chuySn tiUp PN > ChuySn tiUp PN có thS đưdc phân c?c bXng cách dùng m^t ngukn ñi6n áp ñ|t lên hai ñYu cOa chuySn tiUp NguBn áp phân cZc thuHn chuyVn ti&p PN Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 43 Khi chuySn tiUp PN ñưdc phân c?c thu4n: + ði6n thU hàng rào giGm xuJng → vùng nghèo h•p + ði6n trơ8 nho8 → dịng đi6n lLn vax tăng nhanh theo đi6n áp > Ngưdc lTi chuySn tiUp PN ñưdc phân c?c ngưdc Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 44 BiVu thSc dòng ñi n qua chuyVn ti&p PN (biVu thSc diode)  I = Is  e  v ηVT  − 1  Trong đo]: I : dịng qua chuySn tiUp (A) V: đi6n áp phân c?c (V) IS (I0): dịng ngưdc bGo hịa (A) η: sơ] phát (là hàm cOa V, phu thu^c vào v4t li6u; 1≤η≤ ≤η≤2) ≤η≤ VT: đi6n thê] nhi6t (V) Bài gi ng mơn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 45 ð_c tuy&n Volt Ampe Quan h dòng – áp chuyVn ti&p PN dưQi phân cZc thuHn phân cZc ngưAc Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 46 1.6 ðánh thOng chuySn tiUp PN Có nguyên nhân gây ñánh thOng: nhi6t vax ñi6n ðánh thOng vêx nhi6t xGy sư tích lũy nhi6t vùng nghèo hTt dAn (Dịng IS tăng gTp đơi nhi t ñô7 tăng 10°C) > ðánh thOng vêx ñi6n ñưdc phân làm loTi: ñánh thDng thác luL (avalanching) vax ñánh thDng xuyên h`m (tunnel) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 47 > ðánh thDng thác luL xGy chuySn tiUp P>N có bêx dày lLn, đi6n trưcng vùng nghèo có tri sơ] kha] lLn ði6n trưcng gia tJc cho hTt dAn, gây hi6n tưdng ion hóa va chTm làm sGn sinh nhWng đơi đi6n tP>lơ3 trJng Các hTt dAn vqa sinh lTi tiUp tmc đưdc gia tJc vax ion hóa ngun tư8 khác làm sơ] lưdng hTt dAn tăng cao, đo] dịng đi6n sf tăng vtt Bài gi ng mơn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 48 > ðánh thDng xuyên h`m xGy ` nhWng vùng nghèo tương đJi h•p, trc chuySn tiUp cOa nhWng bán dAn có nkng Na, Nd rRt lLn ði6n trưcng vùng nghèo rRt lLn, có kha8 gây hi6u rng “xuyên hYm”, trc ñi6n tư8 vùng hóa tri cOa bán dAn P có kha8 chui qua hàng rào thê] ñê8 chTy sang vùng dAn cOa bán dAn N, làm cho dịng đi6n tăng vtt Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 49 > Biên ñ^ cOa dòng ngưdc V xRp x“ VBR (breakdown voltage) có thS đưdc tính bXng biSu thrc sau: I = IS  V −   V BR    n VQi n hdng sG ñưAc xác ñ=nh te thZc nghi m Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 50 1.6 ðánh thOng chuySn tiUp PN Quan h cDa diode cho thTy sZ gia tăng đEt ngEt cDa dịng áp g`n ñ&n ñi n áp ñánh thDng Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh SZ gia tăng cDa nhi t ñE làm cho ñ_c tuy&n d=ch sang trái 51 Ví du7 M^t diode silicon có dịng bão hịa 0.1 pA ` 20°°C Tìm dịng đi6n qua đưdc phân c?c thu4n ` 0,55V Tìm dịng diode nhi6t ñ^ tăng lên ñUn 100 °C Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 52 HưQng d/n Œ T = 20°°C ⇒ VT = 0.02527V V > 0.5V ⇒ η = ⇒ I = 0.283 mA Œ T = 100°°C ⇒ VT = 0.03217V Khi nhi6t ñ^ thay đ„i tq 20°°C đUn 100°°C, dịng đưdc nhân đơi lYn, gia tăng 256 lYn: I = 256x10 −13 (e 0.55 / 0.03217 − 1) = 0.681 mA Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 53 Câu hMi cOng cô] ChRt bán dAn gix? Các loTi dịng đi6n đưdc hình thành bán dAn vax bGn chRt cOa chúng? Các công thrc liên quan cYn nhơ] Khái ni6m vêx bán dAn thuYn, bán dAn loTi P vax N ChuySn tiUp P>N, tính chRt, đ|c tuyUn Vôn>Ampe vax cách phân c?c cOa chuySn tiUp P>N Nguyên nhân ñánh thOng chuySn tiUp P>N BiSu thrc dịng đi6n qua chuySn tiUp P>N (biSu thrc cOa diode) Hi6u ñi6n thê] hàng rào, ñi6n thê] nhi6t, ñi6n thê] đánh thOng vax cơng thrc tính Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 54