3.1 Tiếp giáp P-N khi chưa có điện trường ngoài
Khi cho hai đơn tinh thể bán dẫn tạp chất loại N và loại P tiếp xúc công nghệ với
nhau, tại vùng tiếp xúc xảy ra hiện tượng vật lý đặc biệt, do có sự chênh lệch về nồng
độ phần tử dẫn điện tại vùng tiếp xúc, mật độđiện tử tự do ở chất bán dẫn N lớn hơn ở
chất bán dẫn P và mật độ lỗ trống ở chất bán dẫn P lớn hơn ở chất bán dẫn N, nhờ có
sự khuếch tán nhiệt của các điện tửđa số nên các lỗ trống ( ion dương ) ở bên bán dẫn
P qua tiếp giáp sang bán dẫn N và các điện tửở bên bán dẫn N qua tiếp giáp sang bán
dẫn P, tạo thành dòng khuếch tán từ chất bán dẫn P sang bán dẫn N. Như vậy xẩy ra
hiện tượng khuếch tán tại vùng tiếp xúc giữa hay chất bán dẫn P và N xuất hiện điện
tích trái dấu, bên chất bán dẫn P xuất hiện điện tích âm, bên chất bán dẫn N xuất hiện
điện tích dương, và có số lượng bằng nhau, hình thành một trường khuếch tán hay còn gọi là trường tiếp xúc Etx có chiều từ N tới P, với điều kiện tiêu chuẩn ở nhiệt độ trong
phòng Etx = 03V(Ge) và = 0,6V (Si), có tác dụng ngăn cản sự di chuyển tiếp tục của
91
Do tác động của điện trường tiếp xúc, các điện tử thiểu số của hai chất bán dẫn chuyển động qua tiếp giáp, điện tử ở chất bán dẫn P chuyển động qua tiếp giáp sang
chất bán dẫn N và lỗ trống ở chất bán dẫn N chuyển qua lớp tiếp giáp sang chất dẫn P,
hình thành dòng điện dò có chiều N-P. Trường tiếp xúc hình thành cản trở dòng
khuếch tán, khi dòng điện Ikt và dòng điện dò cân bằng thì dòng qua miền tiếp giáp
bằng không và bề dày của lớp chắn PN vào khoảng 10-5cm.
3.2 Tiếp giáp P- N khi có điện trường ngoài
a. Tiếp giáp P-N phân cực ngược
Đặt vào tiếp giáp P-N một điện áp một chiều có cực âm nối vào chất bán dẫn P,
cực dương nối vào chất bán dẫn N. Như vậy điện trường ngoài ( Eng) có chiều cùng
chiều với Etx. Dưới tác dụng của điện trường ngoài các điện tửđa sốđược đẩy ra xa
miền tiếp giáp, các điện tử thiểu sốđược tăng cường cho miền tiếp giáp, như vậy miền tiếp giáp được mở rộng. Khi phân cực ngược dòng qua tiếp giáp là dòng ngược có giá trị rất nhỏ.
b. Tiếp giáp P-N phân cực thuận
Đặt vào tiếp giáp P-N một điện áp một chiều, cực âm nối vào chất bán dẫn N, cực
dương nối với chất bán dẫn P. Như vậy điện trường bên ngoài Eng có chiều ngược chiều với Etx, làm cho điện trường tổng hợp tại lớp chắn giảm đi, khi đó chuyển động
khuếch tán của các hạt đa sốđược tăng lên, dòng Ikt tăng và bề rộng lớp chắn giảm đi.
Hiện tượng đó gọi là sự phân cực thuận cho PN. Như vậy khi phân cực thuận dòng qua tiếp giáp tăng do dòng khuếch tán tăng.
Như vậy tiếp giáp P-N đặt trong điện trường ngoài có tính chất dẫn điện không đối
xứng, khi phân cực thuận dòng qua P-N lớn, khi phân cực ngược dòng qua P-N rất nhỏ
có thể bỏ qua. Do đó lớp bán dẫn chỉ dẫn điện theo một chiều từ P sang N khi được
phân cực thuận.
4. Một số nguyên tố có tính chất bán dẫn dùng trong kỹ thuật : 4.1. Giécmani
Ge rất hiếm trong tự nhiên, Ge được dùng để chế tạo các chất bán dẫn trong các
máy tách sóng, các bộ chỉnh lưu phẳng, các transisto và các bộ khuyếch đại....
4.2. Silic
Si là một trong những nguyên tố có rất nhiều trong thiên nhiên dưới dạng SiO2
trong các mỏ khác nhau và dưới dạng Silicat (Si chiếm khoảng 28% trong lớp vỏ trái
đất). Nhưng, kỹ thuật để sản xuất Si tinh khiết rất phức tạp nên những dụng cụ sử dụng
bán dẫn Si rất đắt so với các dụng cụ bán dẫn sử các chất khác mặc dù các chất này
92
Điện dẫn suất của Si biến đổi trong phạm vi rộng. Silic nguyên chất được chế tạo
làm các điện trở phi tuyến trong mạch điện tần số cao, dùng làm chất bán dẫn điện
trong các máy tách sóng, trong các bộ khuyếch đại,...Silic được sử dụng như chất khử
oxy trong luyện kim.
Silic trong hợp hợp kim Sắt - Silic (15% Si) được chế tao dưới dạng tấm, lá dùng để
làm lõi thép dẫn từ của các máy biến áp. Ngoài ra nó còn được sử dụng để chế tạo các
hợp kim khác của sắt - Si ; đồng thanh, đồng thau - Silic, ... được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp
4.3. Selen.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 8
Câu 1: Trình bày khái niệm về vật liệu bán dẫn? ứng dụng vật liệu bán dẫn?
Câu 2: Trình bày sự dẫn điện trong bán dẫn thuần và bán dẫn tạp?
Câu 3: Trình bày tiếp giáp P-N khi chưa có điện trường ngoài và khi có điện trường
ngoài?
Nguồn tài liệu tham khảo
- Giáo trình vật liệu cơ khí (Dùng cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên nghiệp
và đào tạo) –Nhà XB Lao động – xã hội -2006;
- Giáo trình vật liệu điện (Dùng cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên nghiệp và
cao đẳng kỹ thuật) : TS Nguyễn Đình Thắng – Nhà xuất bản giáo dục - 2007;
- Vật liệu kỹ thuật điện: Nguyễn Xuân Phú - Hồ Xuân Thanh -NXB Khoa học và kỹ
thuật -1998;
- Vật liệu cơ khí: Nguyễn Hoành Sơn -NXB giáo dục -2000.
XÁC NHẬN KHOA
Bài giảng môn học/mô đun “……” đã bám sát các nội dung trong chương trình môn học, mô đun. Đáp ứng đầy đủ các nội dung về kiến thức, kỹnăng, năng lực tự chủ
trong chương trình môn học, mô đun.
Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học, mô đun... thay thế cho giáo trình.
Người biên soạn
( Ký, ghi rõ họ tên)
Trần Thị Hồng Nhung
Lãnh đạo Khoa