Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương I - Lê Thị Kim Anh

Chia sẻ: Hoangminhtuan Hoangminhtuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

177
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương I: Giới thiệu về bán dẫn, giới thiệu đến người đọc vật liệu bán dẫn, dòng điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại P và bán dẫn loại N, chuyển tiếp PN, phân cực chuyển tiếp PN. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên và giảng viên ngành Điện tử.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương I - Lê Thị Kim Anh

GI I THI U MÔN H C Tên môn h c : K THU T ðI N T Phân ph i giơ : 42 ti t Sô tín ch : 2 – Ki m tra: 20% Thi: 80% (tr c nghi m) GV phu trách : Lê Thi Kim Anh Email : ltkanh@hcmut.edu.vn Tài li u tham kh o : -Theodore F.Bogart, JR - Electronic devices and Circuits 2nd Ed. , Macmillan 1991 - Millman & Taub - Pulse digital and switching waveforms McGraw-Hill - Savant, Rodent, Carpenter - Electronic Design – Circuits and Systems - Lê Phi Y n, Nguy n Như Anh, Lưu Phu - Ky thu t ñi n tư NXB Khoa h c ky thu t
Chương 1 GI I THI U V BÁN D N 1.1 V t li u bán d n - D a trên tính d n ñi n, v t li u bán d n không ph i là v t li u cách ñi n mà cũng không ph i là v t li u d n ñi n t t. - ð i v i v t li u d n ñi n, l p v ngoài cùng c a nguyên t có r t ít các electron, nó có khuynh hư ng gi i phóng các electron này ñ t o thành electron t do và ñ t ñ n tr ng thái b n v ng. Bài gi ng môn K thu t ði n t 2 GV: Lê Th Kim Anh
- V t li u cách ñi n l i có khuynh hư ng gi l i các electron l p ngoài cùng c a nó ñ có tr ng thái b n v ng. - V t li u bán d n, nó có khuynh hư ng ñ t ñ n tr ng thái b n v ng t m th i b ng cách l p ñ y l p con c a l p v ngoài cùng. - Các ch t bán d n ñi n hình như Gecmanium (Ge), Silicium (Si),.. Là nh ng nguyên tô thu c nhóm 4 n m trong b ng hê th ng tu n hoàn. Bài gi ng môn K thu t ði n t 3 GV: Lê Th Kim Anh
Ví du vê nguyên tư bán d n Silicon (Si) Nguyên t bán d n Si, có 4 electron l p ngoài cùng. H t nhân m t n a liên k t hóa tr liên k t hóa tr Liên k t hóa tr trong tinh thê bán d n Si Bài gi ng môn K thu t ði n t 4 GV: Lê Th Kim Anh
1.2 Dòng ñi n trong bán d n - Trong v t li u d n ñi n có r t nhi u electron t do. - Khi ñi u ki n môi trư ng, n u ñư c h p thu m t năng lư ng nhi t các electron này s ñư c gi i phóng kh i nguyên tư. - Khi các electron này chuy n ñ ng có hư ng s sinh ra dòng ñi n. - ð i v i v t li u bán d n, các electron t do cũng ñư c sinh ra m t cách tương tư. Bài gi ng môn K thu t ði n t 5 GV: Lê Th Kim Anh
- Tuy nhiên, năng lư ng c n ñ gi i phóng các electron này l n hơn ñ i v i v t li u d n ñi n vì chúng b ràng bu c b i các liên k t hóa tr . Gi n ñô năng lư ng - ðơn v năng lư ng qui ư c trong các gi n ñ này là electronvolt (eV). - M t electron khi mu n tr thành m t electron t do ph i h p thu ñ m t lư ng năng lư ng xác ñ nh. Bài gi ng môn K thu t ði n t 6 GV: Lê Th Kim Anh
- Năng lư ng này ph thu c vào d ng nguyên t và l p mà electron này ñang chi m. - Năng lư ng này ph i ñ l n ñ phá v liên k t hóa tr gi a các nguyên t . - Thuy t lư ng t cho phép ta nhìn mô hình nguyên t d a trên năng lư ng c a nó, thư ng ñư c bi u di n dư i d ng gi n ñ năng lư ng. Bài gi ng môn K thu t ði n t 7 GV: Lê Th Kim Anh
- Các electron cũng có th di chuy n t l p bên trong ñ n l p bên ngoài trong nguyên t b ng cách nh n thêm m t lư ng năng lư ng b ng v i chênh l ch năng lư ng gi a hai l p. - Ngư c l i, các electron cũng có th m t năng lư ng và tr l i v i các l p có m c năng lư ng th p hơn. - Các electron t do cũng v y, chúng có th gi i phóng năng lư ng và tr l i l p v ngoài cùng c a nguyên t . Bài gi ng môn K thu t ði n t 8 GV: Lê Th Kim Anh
- Khi nhìn trên m t nguyên t , các electron trong nguyên t s ñư c s p x p vào các m c năng lư ng r i r c nhau tùy thu c vào l p và l p con mà electron này chi m. Các m c năng lư ng này gi ng nhau cho m i nguyên t . - Tuy nhiên, khi nhìn trên toàn b v t li u, m i nguyên t còn ch u nh hư ng t các tác ñ ng khác nhau bên ngoài nguyên t . Do ñó, m c năng lư ng c a các electron trong cùng l p và l p con có th không còn b ng nhau gi a các nguyên t . Bài gi ng môn K thu t ði n t 9 GV: Lê Th Kim Anh
Gi n ñ vùng năng lư ng c a m t s v t li u. Bài gi ng môn K thu t ði n t 10 GV: Lê Th Kim Anh
Nh n xét - S electron t do trong v t li u ph thu c r t nhi u vào nhi t ñ và do ñó ñ d n ñi n c a v t li u cũng v y. - Nhi t ñ càng cao thì năng lư ng c a các electron càng l n. - V t li u bán d n có h s nhi t ñi n tr âm. - V t li u d n ñi n có h s nhi t ñi n tr dương. Bài gi ng môn K thu t ði n t 11 GV: Lê Th Kim Anh
1.2.1 Lô tr ng va dòng lô tr ng - V t li u bán d n t n t i m t d ng h t d n khác ngoài electron t do. - M t electron t do xu t hi n thì ñ ng th i nó cũng sinh ra m t l tr ng (hole). -L tr ng ñư c qui ư c là h t d n mang ñi n tích dương. Bài gi ng môn K thu t ði n t 12 GV: Lê Th Kim Anh
- Dòng di chuy n có hư ng c a lô tr ng ñư c g i là dòng l tr ng trong bán d n. - Khi l tr ng di chuy n t ph i sang trái cũng ñ ng nghĩa v i vi c các electron l p v ngoài cùng di chuy n t trái sang ph i. - Có th phân tích dòng ñi n trong bán d n thành hai dòng electron: dòng electron tư do va dòng electron l p vo ngoài cùng. - Nhưng ñ ti n l i ngư i ta thư ng xem như dòng ñi n trong bán d n là do dòng electron và dòng l tr ng gây ra. Bài gi ng môn K thu t ði n t 13 GV: Lê Th Kim Anh
- Ta thư ng g i electron t do và l tr ng là h t d n vì chúng có kh năng chuy n ñ ng có hư ng ñ sinh ra dòng ñi n. - Khi m t electron t do và l tr ng k t h p l i v i nhau trong vùng hóa tr , các h t d n b m t ñi, và ta g i quá trình này là quá trình tái h p h t d n. - Vi c phá v m t liên k t hóa tr s t o ra m t electron t do và m t l tr ng, do ñó s lư ng l tr ng s luôn b ng s lư ng electron t do. Bán d n này ñư c g i là bán d n thu n hay bán d n n i t i (intrinsic). Bài gi ng môn K thu t ði n t 14 GV: Lê Th Kim Anh
- Ta có: ni = pi ni: m t ñô eletron (electron/cm3) pi: m t ñô lô tr ng (lô tr ng/cm3) Bài gi ng môn K thu t ði n t 15 GV: Lê Th Kim Anh
1.2.2 Dòng trôi - Khi m t hi u ñi n th ñư c ñ t lên hai ñ u bán d n, ñi n trư ng s làm cho các electron t do di chuy n ngư c chi u ñi n trư ng và các l tr ng di chuy n cùng chi u ñi n trư ng. - C hai s di chuy n này gây ra trong bán d n m t dòng ñi n có chi u cùng chi u ñi n trư ng ñư c g i là dòng trôi (drift current). Bài gi ng môn K thu t ði n t 16 GV: Lê Th Kim Anh
- Dòng trôi ph thu c nhi u vào kh năng di chuy n c a h t d n trong bán d n, kh năng di chuy n ñư c ñánh giá b ng ñ linh ñ ng c a h t d n. ð linh ñ ng này ph thu c vào lo i h t d n cũng như lo i v t li u. Silicon Germanium µn=0.14 (m2/V.s) µn=0.38 (m2/V.s) µp=0.05 (m2/V.s) µp=0.18 (m2/V.s) Bài gi ng môn K thu t ði n t 17 GV: Lê Th Kim Anh
- V n t c c a h t d n trong ñi n trư ng E: v n = E.µ n v p = E.µ p Bài gi ng môn K thu t ði n t 18 GV: Lê Th Kim Anh
- M t ñ dòng ñi n J: J = Jn + Jp = nq n µ n E + pq p µ p E = nq n v n + pq p v p V i: J: m t ñ dòng ñi n (A/m2) ; E cư ng ñô ñi n trư ng(V/m) n, p: m t ñ electron t do và l tr ng, (h t d n/m3) qn, qp: ñơn v ñi n tích electron = 1.6 x 10-19 C µn, µp: ñ linh ñ ng c a electron t do và l tr ng (m2/Vs) vn, vp: v n t c electron t do và l tr ng, (m/s) Bài gi ng môn K thu t ði n t 19 GV: Lê Th Kim Anh
Ví du 1-1 M t hi u ñi n th ñư c ñ t lên hai ñ u c a m t thanh bán d n thu n trong hình ve. Gi s : ni=1.5x1010 electron/cm3; µn= 0.14m2/Vs µp=0.05m2/Vs Tìm: 1. V n t c electron t do và l tr ng; 2. M t ñ dòng electron t do và l tr ng; 3. M t ñ dòng t ng c ng; 4. Dòng t ng c ng trong thanh bán d n. Bài gi ng môn K thu t ði n t 20 GV: Lê Th Kim Anh