- Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện môi. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.
- Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.
- Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.
Sự phụ của điện trở suất của các chất vào nhiệt độ
2. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
2.1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
- Xác định hạt tải điện cơ bản trong bán dẫn mang điện tích gì bằng cách làm cho 2 đầu chất bán dẫn ở nhiệt độ cao vào nhiệt độ thấp, chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, nên đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.
+ Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n.
+ Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn loại p.
2.2. Electron và lỗ trống
- Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.
- Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
2.3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)
- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Ta gọi chúng là tạp chất cho hay đôno. Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.
- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có ba electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto. Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.
3. Lớp chuyển tiếp p – n
Lớp chuyển tiếp p – n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
3.1. Lớp nghèo
- Ghép bán dẫn loại n và bán dẫn loại p với nhau. Tại lớp chuyển tiếp p – n electron tự do và lỗ trống trà trộn vào nhau.
- Khi electron gặp lỗ trống (là chỗ liên kết bị thiếu electron), nó sẽ nối lại mối liên kết ấy và một cặp electron – lỗ trống sẽ biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p – n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo. Điện trở của lớp nghèo rất lớn.
- Ở lớp chuyển tiếp p – n, lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.
3.2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo
- Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì:
+ Lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy theo điện trường vào lớp nghèo.
+ Electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo.
- Quy ước:
+ Chiều dòng điện qua được lớp nghèo (từ p sang n) là chiều thuận.
+ Chiều dòng điện không qua lớp nghèo (từ n sang p) là chiều ngược.
3.3. Hiện tượng phun hạt tải điện
- Khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p – n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Ta nói có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.
- Các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm vì cả hai miền p và n lúc này đều có electron và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau và biến mất từng cặp.
4. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
- Điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p sang n nên khi nối nó vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều.
- Một số loại điôt bán dẫn:
Điôt chỉnh lưu
Điôt phát quang
Điôt ổn áp
5. Tranzito lưỡng cực n – p –n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
5.1. Hiệu ứng tranzito
- Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito.
- Xét tinh thể bán dẫn n1 – p – n2, các điện cực B, C, E.
+ Mật độ electron ở n2 >> mật độ lỗ trống ở p.
+ UBE điện áp thuận, UCE lớn (10V)
- Khi miền p rất dày, n1 và n2 cách xa nhau:
+ Lớp n1 – p phân cực ngược, RCB lớn.
+ Lớp p – n2 phân cực thuận, electron phun từ n2 sang p, không tới được lớp p – n1; không ảnh hưởng tới RCB.
- Khi miền p rất mỏng, n1 và n2 rất gần nhau:
Electron từ n2 phun vào p và lan sang n1 làm cho RCB giảm đáng kể.
5.2. Tranziro lưỡng cực n – p - n
Một lớp bán dẫn p rất mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n thực hiện trên một tinh thể bán dẫn (Ge, Si,…) là một tranzito lưỡng cực n – p – n.
- Tranzito có ba cực:
+ Cực góp hay colectơ, kí hiệu là C.
+ Cực đáy hay cực gốc hoặc bazơ, kí hiệu là B.
+ Cực phát hay emitơ, kí hiệu là E.
+ Ứng dụng: lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử
Mạch khuếch đại
Mạch điều khiển
Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1 : Câu nào dưới đây nói về lớp chuyển tiếp p-n là không đúng?
- Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.
- Tại lớp chuyển tiếp p-n, do quá trình khuếch tán và tái hợp của các êlectron và lỗ trống nên hình thành một lớp nghèo hạt tải điện và có điện trở rất lớn.
- Ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion axepto tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion đôno tích điện âm.
- Lớp chuyển tiếp p-n có tính chất chỉ cho dòng điện chạy qua nó theo một chiều nhất định từ miền p sang miền n nên được sử dụng làm điôt bán dẫn.
Lời giải
Ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.
Chọn đáp án C
Ví dụ 2 : Hình nào trong Hình 17.1 mô tả đúng mô hình cấu trúc và sự hình thành điện trường Et→ trong lớp chuyển tiếp p-n do quá trình khuếch tán của các hạt tải điện? Mũi tên dài chỉ chiều khuếch tán của electron. Mũi tên ngắn chỉ chiều điện trường Et→.
Lời giải
Ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm. Điện trường hướng từ dương sang âm như hình A.
Chọn đáp án A
Bài tập tự luyện có hướng dẫn
Bài 1 : Câu nào dưới đây nói về tính chất của các chất bán dẫn là không đúng?
- Điện trở suất của bán dẫn siêu tinh khiết ở nhiệt độ thấp có giá trị rất lớn.
- Điện trở suất của bán dẫn tăng nhanh khi nhiệt độ tăng, nên hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị dương.
- Điện trở suất của bán dẫn giảm nhanh khi đưa thêm một lượng nhỏ tạp chất (10-6% - 10-3 %) vào trong bán dẫn.
- Điện trở suất của bán dẫn giảm nhanh khi nhiệt độ tăng, nên hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị âm.
Lời giải
Tính chất của các chất bán dẫn là điện trở suất của bán dẫn giảm nhanh khi nhiệt độ tăng, nên hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị âm.
Nên B sai.
Chọn đáp án B
Bài 2 : Câu nào dưới đây nói về các loại chất bán dẫn là không đúng?
- Bán dẫn tinh khiết là loại chất bán dẫn chỉ chứa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học và có mật độ êlectron dẫn bằng mật độ lỗ trống.
- Bán dẫn tạp chất là loại chất bán dẫn có mật độ nguyên tử tạp chất lớn hơn rất nhiều mật độ các hạt tải điện.
- Bán dẫn loại n là loại chất bán dẫn có mật độ các êlectron dẫn lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.
- Bán dẫn loại p là loại chất bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ êlectron dẫn.
Lời giải
B – sai vì sai vì:
+ Bán dẫn chứa đono (tạp chất cho) là loại n, có mật độ electron rất lớn so với mật độ lỗ trống.
+ Bán dẫn chứa axepto (tạp chất nhận) là loại p, có mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ electron.
Chọn đáp án B
Bài 3 : Câu nào dưới đây nói về các hạt tải điện trong chất bán dẫn là đúng?
- Các hạt tải điện trong chất bán dẫn loại n chỉ là các êlectron dẫn.
- Các hạt tải điện trong chất bán dẫn loại p chỉ là các lỗ trống.
- Các hạt tải điện trong chất bán dẫn luôn bao gồm cả êlectron dẫn và lỗ trống.
- Cả hai loại hạt tải điện gồm êlectron dẫn và lỗ trống đều mang điện âm.
Lời giải
Các hạt tải điện trong chất bán dần luôn bao gồm cả êlectron dẫn và lỗ trống. Trong chất bán dẫn loại n mật độ các electron dẫn lớn hơn nhiều lỗ trống. Trong chất bán dẫn loại p thì mật độ các lỗ trống lớn hơn nhiều electron.
Chọn đáp án C
Bài 4 : Câu nào dưới đây nói về tạp đôno và tạp axepto trong bán dẫn là không đúng?
- Tạp đôno là nguyên tử tạp chất làm tăng mật độ êlectron dẫn.
- Tạp axepto là nguyên tử tạp chất làm tăng mật độ lỗ trống.
- Trong bán dẫn loại n, mật độ êlectron dẫn tỉ lệ với mật độ tạp axepto. Trong bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống dẫn tỉ lệ với mật độ tạp đôno.
- Trong bán dẫn loại n, mật độ êlectron dẫn tỉ lệ với mật độ tạp đôno. Trong bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống dẫn tỉ lệ với mật độ tạp axepto.
Lời giải
Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron dẫn. Mật độ electron dẫn tỉ lệ với mật độ tạp đôno.
Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống. Mật độ lỗ trống tỉ lệ với mật độ tạp axepto.
Chọn đáp án C
Bài 5: Câu nào dưới đây nói về điôt bán dẫn là không đúng?
- Điôt bán dẫn là linh kiện bán dẫn được tạo bởi một lớp chuyển tiếp p-n.
- Điôt bán dẫn chỉ cho dòng điện chạy qua nó theo chiều thuận từ n sang p.
- Điôt bán dẫn chỉ cho dòng điện chạy qua nó khi miền p được nối với cực dương và miền n được nối với cực âm của nguồn điện ngoài.
- Điôt bán dẫn có tinh chất chính lưu dòng điện nên được dùng để biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Lời giải
Điôt bán dẫn chỉ cho dòng điện chạy qua nó theo chiều thuận từ p sang n.
Chọn đáp án B
Bài 6: Những điôt bán dẫn nào trong sơ đồ mạch điện ở Hình 17.3 có dòng điện chạy qua theo chiều thuận?
- Điôt bán dẫn 1 và 2.
- Điôt bán dẫn 1 và 3.
- Điôt bán dẫn 2 và 3.
- Điôt bán dẫn 1, 2 và 3.
Lời giải
Các điểm nối với nhau bằng dây dẫn thì có cùng điện thế.
Dòng điện có chiều thuận từ A sang B.
Vậy các điôt bán dẫn 1, 2 và 3 đều có dòng điện chạy qua theo chiều thuận.
Chọn đáp án D
Bài 7: Trong sơ đồ mạch điện ở Hình 17.4 các điot bán dẫn có dòng điện chạy qua theo chiều thuận là
- Điôt bán dẫn 1, 2 và 3.
- Điôt bán dẫn 1, 2 và 4.
- Điôt bán dẫn 2, 3 và 4.
- Điôt bán dẫn 1, 2, 3 và 4.
Lời giải
Các điểm nối với nhau bằng dây dẫn thì có cùng điện thế.
Dòng điện có chiều thuận từ A sang B.
Vậy các điôt bán dẫn 1, 2 và 4 có dòng điện chạy qua theo chiều thuận, điôt 3 có dòng điện chạy qua theo chiều ngược.