Dòng điện trong chất bán dẫn

Vật lý 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn được Khoahoc.vn sưu tầm và xin gửi tới bạn đọc. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài viết dưới đây.

I. Chất bán dẫn và tính chất

1. Chất bán dẫn

Ví dụ: Cấu trúc của Silic

2. Đặc điểm của chất bán dẫn

• 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 cúa chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất.
• Điện trở của chất bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu ánh sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Bán dẫn loại N với tạp chất hóa trị 5

Bán dẫn loại P với tạp chất hóa trị 3

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.

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.

III. 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.

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.

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.

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.

IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

• Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n. Nó chỉ cho dòng điện đi qua theo chiều từ p sang n.
• Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu. Nó được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành điện một chiều. 
• Một số loại điôt bán dẫn: