ĐỊNH TRONG CHƯƠNG
TRèNH KN
1 Nờu được cỏc đặc điểm về tớnh dẫn điện của chất bỏn dẫn.
[Thụng hiểu]
Đặc điểm về tớnh dẫn điện của bỏn dẫn:
Điện trở suất ρ của bỏn dẫn cú giỏ trị trung bỡnh giữa kim loại và điện mụi.
Điện trở suất của bỏn dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đú ở nhiệt độ thấp, bỏn dẫn dẫn điện kộm (gần như điện mụi), ở nhiệt độ cao bỏn dẫn dẫn điện tốt (giống như kim loại).
Tớnh dẫn điện của bỏn dẫn phụ thuộc rất mạnh vào cỏc tạp chất cú mặt trong tinh thể.
Bỏn dẫn điển hỡnh, được dựng phổ biến nhất là silic (Si). Ngoài ra cũn cú cỏc cỏc bỏn dẫn đơn chất khỏc như Ge, Se,... bỏn dẫn hợp chất như GaAs, CdTe, ZnS,...
Sự dẫn điện của bỏn dẫn tinh khiết :
Nếu trong mạng tinh thể chỉ cú một loại nguyờn tử Si, thỡ ta gọi đú là bỏn dẫn tinh khiết. ở nhiệt độ thấp, cỏc ờlectron hoỏ trị liờn kết chặt chẽ với nguyờn tử, nờn trong tinh thể khụng cú hạt tải điện tự do, và bỏn dẫn Si khụng dẫn điện. ở nhiệt độ tương đối cao, nhờ dao động nhiệt của cỏc nguyờn tử, một số ờlectron hoỏ trị thu được năng lượng và được giải phúng khỏi liờn kết với nguyờn tử, trở thành ờlectron tự do. Khi một ờlectron bứt khỏi liờn kết thỡ một liờn kết lỗ trống xuất hiện. Người ta gọi nú là lỗ trống. Lỗ trống mang một điện tớch nguyờn tố dương. Hạt mang điện tự do trong bỏn dẫn là ờlectron và lỗ trống. Khi cú điện trường ngoài đặt vào, ờlectron chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động thuận chiều điện trường, gõy nờn dũng điện trong bỏn dẫn. Dũng điện trong chất bỏn dẫn là dũng chuyển dời cú hướng của cỏc ờlectron và lỗ trống.
ở bỏn dẫn tinh khiết, mật độ ờlectron dẫn và mật độ lỗ trống bằng nhau. Độ dẫn điện của bỏn dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.
2 Nờu được bản chất dũng điện trong bỏn dẫn loại p và loại n.
[Thụng hiểu]
• Bỏn dẫn loại n :
Giả sử trong mạng tinh thể silic (Si cú hoỏ trị 4) cú lẫn tạp chất là nguyờn tử phụt pho (P cú hoỏ trị 5). Tạp chất P tạo thờm cỏc ờlectron dẫn trong Si, mà khụng làm tăng thờm số lỗ trống.
Do đú, bỏn dẫn Si pha P cú mật độ ờlectron dẫn lớn hơn mật độ lỗ trống. Ta gọi ờlectron là hạt tải điện cơ bản hay đa số, lỗ trống là hạt tải điện khụng cơ bản hay thiểu số. Bỏn dẫn như vậy gọi là bỏn dẫn ờlectron hay bỏn dẫn loại n.
• Bỏn dẫn loại p :
Giả sử trong mạng tinh thể Si cú lẫn tạp chất là nguyờn tử bo (B cú hoỏ trị 3). Tạp chất B đó tạo thờm lỗ trống trong Si, mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ ờlectron. Lỗ trống là hạt tải điện cơ bản (hay đa số), cũn ờlectron là hạt tải điện khụng cơ bản (hay thiểu số). Đú là bỏn dẫn lỗ trống hay bỏn dẫn loại p.
3 Mụ tả được cấu tạo và tớnh chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p-n.
[Thụng hiểu]
Lớp chuyển tiếp pn được hỡnh thành khi ta cho hai mẫu bỏn dẫn loại p và loại n tiếp xỳc với nhau.
Khi cú sự tiếp xỳc, lỗ trống và ờlectrụn khuếch tỏn từ mẫu p sang n và từ mẫu n sang mẫu p. Tuy nhiờn, do mật độ lỗ trống và ờlectron ở hai mẫu là khỏc nhau, nờn dũng khuếch tỏn chủ yếu là dũng lỗ trúng từ p sang n và
dũng ờlectrụn từ n sang p. Kết quả của sự khuếch tỏn là ở mặt phõn cỏch giữa hai bỏn dẫn cú hai lớp tớch điện trỏi dấu, lớp mang điện tớch dương ở phớa n và lớp mang điện tớch õm ở phớ p. Tại mặt phõn cỏch, hỡnh thành một điện trường trongEurt
, hướng từ n sang p, cú tỏc dụng ngăn cản sự khuếch tỏn cỏc hạt mang điện đa số (và thỳc đẩy sự khuếch tỏn của cỏc hạt thiểu số). Sự khuếch tỏn dừng lại khi cường độ điện trường này đạt giỏ trị ổn định. Ta núi rằng ở chỗ tiếp xỳc hai loại bỏn dẫn đó hỡnh thành lớp chuyển tiếp p- n. Lớp chuyển tiếp cú điện trở lớn, vỡ ở đú hầu như khụng cú hạt tải điện tự do.
Lớp chuyển tiếp chỉ cho dũng điện đi qua theo chiều từ p sang n, mà khụng cho dũng điện đi theo chiều ngược lại, từ n sang p. Lớp chuyển tiếp p-n cú tớnh chỉnh lưu.
4 Giải thớch được tớnh chất chỉnh lưu của lớp tiếp xỳc p-n
[Thụng hiểu]
• Ta mắc vào lớp chuyển tiếp p-n một nguồn điện cú
hiệu điện thế U, cực dương nối với bỏn dẫn p, cực õm nối với bỏn dẫn n. Điện trường ngoài Eurn
do nguồn điện gõy ra ngược chiều với điện trường trongEurt
của lớp chuyển tiếp, làm yếu điện trường trong. Do đú, dũng chuyển dời của cỏc hạt tải điện đa số được tăng cường, gõy nờn dũng điện I cú cường độ lớn chạy theo chiều từ bỏn dẫn p sang bỏn dẫn n. Đú là dũng điện thuận, được gõy nờn bởi hiệu điện thế thuận của nguồn.
Dũng này tăng nhanh khi U tăng. Đõy là trường hợp lớp chuyển tiếp pn mắc theo chiều thuận, cũn gọi là lớp chuyển tiếp pn được phõn cực thuận.
Khi lớp chuyển tiếp được phõn cực thuận, cỏc hạt tải điện đa số ở hai phớa đều đi đến lớp chuyển tiếp và vượt qua lớp này, gõy nờn sự phun lỗ trống vào bỏn dẫn loại n, và phun ờlectron vào bỏn dẫn loại p.
• Khi ta đổi cực của nguồn điện (cực dương mắc vào bỏn dẫn n và cực õm mắc vào bỏn dẫn p) thỡ điện trường ngoài Eurn
cựng chiều với điện trường trongEurt
. Vỡ thế, chuyển dời của cỏc hạt tải điện đa số hoàn toàn bị ngăn cản. Qua lớp chuyển tiếp chỉ cú dũng cỏc hạt tải điện thiểu số, gõy nờn dũng điện I chạy từ phớa n sang phớa p, cú cường độ nhỏ và hầu như khụng thay đổi khi tăng U. Đú là dũng điện ngược, do hiệu điện thế ngược của nguồn gõy ra. Đõy là trường hợp lớp chuyển tiếp pn mắc theo chiều ngược (hay phõn cực ngược).
Như vậy, lớp chuyển tiếp pn dẫn điện tốt theo một chiều từ p sang n. Lớp chuyển tiếp cú tớnh chỉnh lưu.