chuong 1 1

BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Chương 1: VẬT LIỆU BÁN DẪN Giới thiệu 1.1 Phân loại Chất bán dẫn (Semiconductor)  Cấu tạo từ nguyên tố hoá trị Si: Silicon Ge: germanium  Không pha tạp chất  Khơng dẫn điện 0oK (-273oC)  Khi bị kích thích tạo ra: số điện tử n = số lỗ trống p 1.1 Phân loại Chất bán dẫn (Semiconductor) Khi bị kích thích (gia tăng nhiệt độ) Kích thích Nồng độ hạt dẫn điện tử = Nồng độ lỗ trống n=p 1.1.3 Phân loại Chất bán dẫn (Semiconductor) Khi bị kích thích (có điện trường ngồi đặt vào) Kích thích 1.1 Phân loại Chất bán dẫn pha tạp chất Chất bán dẫn loại N (Negative) Là chất BD + ngtố hoá trị (tạp chất) Khi có tác nhân kích thích: Tạp chất điện tử  ion dương Tạp chất  chất cho (donor) nN>>pN +4 +4 +4 +4 +5 +4 +4 +4 +4 P Hạt tải thiểu số Hạt tải đa số P P P Kích thích to, ás 1.1 Phân loại P P P P Kích thích to, ás Gọi ND nồng độ tạp chất hoá trị pha vào Khi có kích thích sinh ra: ND electron (electron thứ tạp chất) n electron liên kết cộng hoá trị) p lỗ trống liên kết cộng hoá trị (n = p) Nếu nồng độ tạp chất nhiều ND >> n Vậy: nN= n + ND  ND >>p = pN +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 +4 +4 1.1 Phân loại Chất bán dẫn pha tạp chất Chất bán dẫn loại P (Positive) Chất BD + ngtố hố trị (tạp chất) Khi có tác nhân kích thích: Tạp chất nhận điện tử  ion âm Tạp chất  chất nhận (acceptor) pP>>nP B Hạt tải thiểu số B B B Hạt tải đa số Kích thích to, ás 1.1.Phân loại B B B B Kích thích to, ás Gọi NA nồng độ tạp chất hố trị pha vào Khi có kích thích sinh ra: NA lỗ trống (lỗ trống ko có electron tạp chất) p lỗ trống liên kết cộng hoá trị) n electron liên kết cộng hoá trị (n = p) Nếu nồng độ tạp chất nhiều NA >> p Vậy: pP= p + NA  NA >>n = nP 1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction) 1.2.1Khi chưa có điện trường ngồi Ikt Etx - - - - - + + + + + - - - - + + + + + - - - - + + + + + - P DEPLETION e- diffusion N h+ diffusion + - :Ion dương :Ion âm :Electron (e-) :Lỗ trống (hole , h+) Vùng nghèo Depletion: Chuyển động khuếch Diffusion: tán, chuyển động hạt dẫn đa số có chênh lệch nồng độ Etx: điện trường tiếp xúc Ikt: chuyển động khuếch tán 10 1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction) 1.2.1Khi chưa có điện trường Ikt Et Điện tử bên N x ++ + - - - - - ++ - - - ++ + + + - - - - - +++ ++ - - - - - - P DEPLETION e- diffusion Lỗ trống bên P N h+ diffusion e- h+ chuyển động khuếch tán  Sự tái hợp gần vùng tiếp giáp  vùng nghèo (rất hạt dẫn, có ion cố định, khơng linh động, khơng có khả dẫn điện)  Dòng điện khuếch tán Ikt từ P sang N (dòng hạt tải đa số)  Sự phân bố ion miền nghèo  vùng điện tích dương, âm phân biệt  điện trường tiếp xúc Etx từ N sang P  rào Vγ cản trở khuếch tán hạt dẫn qua lại phiến bán dẫn 11 1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction) 1.2.1Khi chưa có điện trường Itr Ikt Etx - - - - - + + + + + - - - - + + + + + - - - - + + + + + - P h+ drift DEPLETION h+ diffusion ediffusion N Drift: chuyển động trơi hạt dẫn, sinh có tác động điện trường Itr: dòng điện sinh chuyển động trơi hạt dẫn (dòng hạt tải thiểu số) e- drift 12 1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction) 1.2.1Khi chưa có điện trường ngồi Itr Ikt Etx - - - ++ + + + - - - ++ + + + - - - + + + + + - - - - - - - Lỗ trống bên N P DEPLETION h+ drift h+ diffusion N Điện tử bên P ee- drift diffusion Điện trường Etx  hút e- bên P cực dương điện trường hút h+ bên N cực âm điện trường Dòng điện trơi Itr từ N sang P (dòng hạt tải thiểu số) Khi chưa có điện trường ngồi đặt vào Itr = Ikt Tổng dòng điện qua tiếp giáp IPN = Ikt – Itr = (Cân động) 13 1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction) 1.2.2 Khi phân cực ngược (VN > VP) Etx VD VD chiều Etx  điện trường miền nghèo tăng  rào tăng đạt giá trị Vγ + VD  miền nghèo mở rộng  Dòng Ikt    Dòng Itr  Is (dòng bão hồ ngược, dòng hạt tải thiểu số)  Dòng qua tiếp giáp IPN = Ikt – Itr = -Is 0 14 1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction) 1.2.2 Khi phân cực ngược (VN > VP) 15 1.2.3 Khi phân cực thuận (VN < VP) Etx VD VD ngược chiều Etx  điện trường miền nghèo giảm  rào giảm đạt giá trị Vγ VD  miền nghèo thu hẹp Khi VD đạt giá trị Vγ  rào =  có dòng hạt tải đa số từ P sang N  Dòng qua tiếp giáp 16 1.2.3 Khi phân cực thuận (VN < VP) 17 Đặc tuyến Volt-Ampere Giá trị rào (Điện áp ngưỡng dẫn tiếp giáp PN) Vγ= 0.3V (Ge) = 0.7V (Si) 18 Kết luận Tiếp giáp PN phân cực với điện áp VD VD < Vγ: Tiếp giáp ko dẫn điện IPN =  VVD  I PN  I S  e T  1 Tiếp giáp dẫn điện theo chiều từ P sangN VD > =Vγ: Tiếp giáp dẫn điện (Đặc tính van tiếp giáp) 19 1.2.4 Đánh thủng tiếp giáp Đánh thủng phá huỷ đặc tính van tiếp giáp Tiếp giáp dẫn điện hai chiều Đánh thủng thác lũ: hạt thiểu số tăng tốc theo điện áp gây ion hóa nguyên tử qua va chạm  dòng thác lũ Đánh thủng xuyên hầm: Khi mật độ tạp chất bán dẫn tăng  ETX lớn gây hiệu ứng xuyên hầm lơi kéo e- vùng hóa trị lớp P vượt qua Etx chảy sang lớp N Đánh thủng nhiệt: xảy tích lũy nhiệt vùng tiếp xúc vượt giới hạn  hư hỏng vĩnh viễn tiếp xúc 20