Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử - Chương 1

Giáo trình Kỹ thuật điện tử được biên soạn dựa theo nhiều tài liệu của những tác giả đã được xuất bản, cập nhật thông tin trên mạng sau đó chọn lọc, tổng hợp mà đặc biệt là bài giảng m

Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tửCHNG 1: CHT BN DN1.1. S lc v lch s phỏt trin ca ngh nh in tVo nm 1947, ti phũng thớ nghim ca Bell, John Bardeen v Walter Brattainó thnh cụng trong vi c phỏt minh Transistor l ng cc BJT(Bipolar JunctionTransistor). õy l m t bc ngot ỏnh du s bt u ca thi i bỏn dn. Phỏtminh ny v mt chui phỏt trin ca cụng ngh vi in t ó tht s lm thay icuc sng loi ngi.1948 Transistor u tiờn ra i. õy l mt cuc Cỏch mng ca ng nh in t.1950 Mch in t chuyn sang dựng transistorH mỏy tớnh dựng linh kin bỏn dn dng ri rc ra i (th h II)1960 Mch tớch hp ra i (IC:Intergrated Circuit) H mỏy tớnh dựng IC ra i(th h III)1970 Cỏc mch tớch hp mt cao h n ra i (MSI, LSI, VLSI)MSI: Medium Scale Intergrated CircuitLSI: Large Scale Intergrated CircuitVSI:Very Large Scale Intergrated Circuit1980 n nay in t c ng dng rng r ói trong cỏc lónh vc nh y t, iukhin t ng, phỏt thanh, truyn h ỡnh1.2. Linh kin in t:Ta xột hai loi linh kin c bn sau: Linh kin th ng:Cú cỏc thụng s khụng i di tỏc dng dũng in: in tr, t, cun cm Linh kin tớch cc: Cú cỏc thụng s thay i di tỏc dng dũng in: Diod, Transistor l ng ccBJT( Bipolar Junction Transistor):1.3. Cht bỏn dn:1.3.1.Cht bỏn dn thun:Hỡnh 1.1. Gin nng lng ca SiVựng cmVựng dn ca SiNng lngVựng hoỏ tr ca Si Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tửHai cht bỏn dn tiờu biu l: Silicon(Si) v Ge(Germanium).Si l cht bỏn dn m ti nhit phũng cú rt ớt e vựng dn trong mng tinhth. Vỡ dũng in t l vi s lng e nờn dũng in trong tinh th rt nh. nhit phũng, e vựng hoỏ tr nhy lờn vựng dn li l trng ti v trớ cha númang in tớch dng. Hin tng ny gi l s phỏt sinh in t -l trng.Hỡnh 1.2. S di chuyn ca in t v l trng trong Si khi cú ngun inNu t ngun in nh hỡnh v thỡ e di chuyn v cc dng ca ngun. E vựng hoỏ tr cng cú th di chuyn v cc d ng ca ngun nu nú cú nnglng t mc nng l ng ca nú lờn mc nng lng ca l trng. Khi e n ynhp vo l trng thỡ nú li mt l trng phớa sau. V ỡ th lm l trng dichuyn v cc õm ca ngun. D ũng in trong cht bỏn dn l tng 2 thnh phn:dũng do e trong vựng d n v dũng do l trng trong vựng hoỏ tr. E di chuyn vcc dng nhanh hn l trng di chuyn v cc õm v ỡ kh nng e cú nnglng cn thit nhy l ờn vựng dn ln hn kh nng e cú nng l ng nhy n v trớ trng trong v ựng húa tr. Vỡ vy dũng e ln hn dũng l trng trongSi. Tuy nhiờn dũng ny v n nh nờn Si l cỏch in.1.3.2 Cht bỏn dn tp:1.3.2.1. Cht bỏn dn tp loi NHỡnh 1.3. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi NNng lngVựng hoỏ tr ca SiMc nng lng catp cht donorVựng dn ca SiVVựng dn ca SiVựng hoỏ tr ca SiESiNng lng Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tửCht bỏn dn tp loi N l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt chtthuc nhúm V trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo cht bỏn dn thun.Ta xột trng hp pha tp P vo cht bỏn dn thun Si. iu n y tng ng lmxut hin mc nng l ng ca tp cht donor sỏt ỏy v ựng dn. Vỡ th nhit phũng cỏc e ca nguyờn t P nhy lờn vựng dn ca Si. Vỡ vy nguyờn t tp chtd b ion hoỏ thnh ion dng. Ngoi ra c ch phỏt sinh cp ht dn in t ltrng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn thun vi mc yu h n vỡ mcnng lng ca tp cht donor sỏt ỏyv ựng dn.Gi nn: mt in t trong vựng dn, pn: mt l trng trong v ựng hoỏtr, thỡ nn>>pn.Vy dũng in trong cht bỏn dn loi N ch yu do in t to n ờngi l ht dn a s, cũn l trng gi l ht thiu s.1.3.2.2. Cht bỏn dn tp loi P:Cht bỏn dn tp loi P l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt chtthuc nhúm III trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo ch t bỏn dn thun.Ta xột trng hp pha tp cỏc nguy ờn t As vo cht bỏn dn thun Si. iu n ytng ng lm xut hin mc nng lng gi l mc tp cht acceptor sỏt nhvựng hoỏ tr. Vỡ vy nguyờn t tp cht d b ion hoỏ th nh ion õm . Ngoi ra cch phỏt sinh cp ht dn in t l trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dnthun vi mc yu h n vỡ mc tp cht loi P sỏt nh v ựng hoỏ tr.Gi np: mt in t trong vựng dn.Gi pp: mt l trng trong v ựng hoỏ tr., thỡ np>>ppVy dũng in trong cht bỏn dn loi P ch yu do l trng to n ờn gi lht dn a s, cũn in t gi l ht thiu s.Hỡnh 1.4. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi P1.4.Tip xỳc p-n:Vựng hoỏ tr ca SiMc tp cht acceptorNng lngVựng dn ca Si Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tửCho lp bỏn dn p, n tip xỳc nhau, ta cú tip xỳc p -n.1.4.1. Nguyờn lý lm vi c:1.4.1.1. Khi tip xỳc p-n cha c phõn cc:Do cú s chờnh lch ln v nng (nn>>np, pp>>pn) nờn cú hin tngkhuch tỏn cỏc ht dn a s qua n i tip xỳc, to nờn dũng khuch tỏn Ikt hngt min P sang min N.Ti vựng lõn cn hai bờn mt tip xỳc xut hin in tr ng ni Etx hngt vựng N sang vựng P (do ion t p cht to ra). Nú cn tr chuyn ng ca d ũngkhuch tỏn v gõy ra dũng trụi Itr ca cỏc ht thiu s cú chiu t N sang P quamt tip xỳc lm Itr tng, Ikt gim. Quỏ trỡnh ny tip din cho n khi t n trng thỏi cõn bng ng. Lỳcú Ikt=Itr., dũng qua tip xỳc bng 0, hiu th tip xỳc l 0.1V i vi Ge v 0.4 Vi vi Si1.4.1.2. Khi tip xỳc p-n c phõn cc nghch :Hỡnh 1.5. Tip xỳc p-n b phõn cc nghchin trng ni cựng chiu vi in trng ngoi nờn tng in trng tivựng tip xỳc tng lm cho vựng tip xỳc m rng ra, d ũng khuch tỏn gim v 0,EtxK+A_-EngP NV+++---in trngVựng nghốop n Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tửdũng trụi do Etx gõy ra tng n mt giỏ tr gi l dũng ngc bóo ho IS. Dũngny rt nh.Vy khi phõn cc nghch tip xỳc th ỡ khụng cú dũng chy qua (xem dũngbóo ho ngc bng khụng).1.4.1.3. Khi tip xỳc c phõn cc thun :Hỡnh 1.6. Tip xỳc p-n c phõn cc nghchin trng ni ngc chiu vi in tr ng ngoi nờn tng in trng tivựng tip xỳc gim lm cho vựng tip xỳc b thu hp li, cỏc ht a s d dng dichuyn qua vựng tip xỳc ny, dũng khuch tỏn cú chiu t A n K tng mnh,dũng trụi do Etx gõy ra khụng ỏng k .Vy khi phõn cc thun tip xỳc th ỡ cú dũng chy qua tip xỳc p -n, nú quanh vi in ỏp gia hai u tip xỳc nh sau: 11TDDVvSvkTqSDeIeIiTrong ú:vD: in ỏp hai u tip xỳc. IS: dũng bóo ho ngc. k: hng s Boltman k =1,38.10-23J/0K.q : in tớch ca ht dn, q=1,6.10-19CVT: th nhit nhit phũng VT= 25,5mV.K_A+-EngEtxP NV Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tử1.4.1.4. Kt lun:Tip xỳc p-n ch cho dũng in chy qua theo mt chiu t p n n. úchớnh l tớnh cht chnh lu ca tip xỳc p-n.1.5. c tuyn V- Ac tuyn V-A ca tip xỳcp-n mụ t mi quan h gia d ũng v in ỏptrờn hai u tiộp xỳc.Hỡnh 1.7. c tuyn V-A ca tip xỳc p-n.VBR: in th ỏnh thng l in ỏp ngc ti a m tip xỳc p-n cú thchu ng khi phõn cc ng c m khụng b hng. Lỳc ny, tip xỳc p-n dn inc theo c chiu nghch.1.6. Hin tng ỏnh thng:Khi in ỏp ngc ln, dũng ln lm cỏc e va chm vo cỏc e c nh khỏc lmtng s e nờn dũng in tng vt, ngha l tip xỳc p-n dn in c theo c chiunghch, phỏ v c tớnh chnh l u ca nú, gi l hin tng ỏnh thng.Nguyờn nhõn ỏnh th ng cú th do in hoc do nhit, v ỡ vy cú ba loi ỏnhthng c bn: ỏnh thng v in, ỏnh thng v nhit, v ỏnh thng nhit -in.Trong ú s ỏnh thng v nhit do s tớch lu nhit trong v ựng nghốo. Khi cúin ỏp ngc ln, dũng in ngc tng lm núng cht bỏn dn, khin nng ht dn thiu s tng v lm dũng in ngc tng. Quỏ trỡnh c nh th lm chonhit vựng nghốo v dũng ng c tng nhanh, dn ti ỏnh thng.iD0.2vSiIDNghchThunVBRR0.7vvDGe . ht dn, q =1, 6 .1 0 -1 9CVT: th nhit nhit phũng VT= 25,5mV.K_A+-EngEtxP NV Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện t 1 .4 .1. 4. Kt. khuch tỏn gim v 0,EtxK+A_-EngP NV++ +-- -in trngVựng nghốop n Chương 1: Chất bán dẫnBi giảng môn Kỹ thuật điện tửdũng trụi do Etx gõy ra