Bài giảng Vật liệu điện và cao áp: Chương 9 - Ngô Quang Ước

Chia sẻ: Nguyễn Văn Tuấn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chương 9 "Vật liệu bán dẫn" trong bài giảng Vật liệu điện và cao áp để nắm bắt được những khái niệm chung về bán dẫn, điện dẫn của bán dẫn, một số nguyên tố có tính chất bán dẫn dùng trong kỹ thuật,... Mời các bạn cùng tham khảo để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu điện và cao áp: Chương 9 - Ngô Quang Ước

CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU BÁN DẪN 9.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÁN DẪN - Bán dẫn là nhóm các loại vật chất có điện dẫn điện tử mà trị số điện trở suất của chúng ở nhiệt độ bình thường nằm trong khoảng giữa điện trở suất của vật dẫn và điện môi. - Các chất bán dẫn có hai loại điện dẫn là điện dẫn “điện tử: (n) và điện dẫn “điện tử - lỗ” (p) cho nên ta có thể tạo ra các sản phẩm bán dẫn với tiếp giáp p-n. - Ứng dụng của nó: + Dùng làm chỉnh lưu công suất lớn cũng như công suất nhỏ, khuếch đại và phát sóng. + Dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện trở với hiệu suất tương đương, đôi khi cao hơn các loại biến đổi khác. + Có thể làm lạnh môi trường xuống vài chục độ. + Lám sợi nung nóng (thanh silic), dùng để kích thích điểm catốt trong đèn inhitron để đo cường độ từ trường nó có thể làm bộ chỉ báo phóng xạ.v.v…
- Phân loại: gồm bán dẫn đơn giản, bán dẫn hợp chất hoá học và bán dẫn phức tạp (bán dẫn gốm). Hiện tại đã nghiên cứu bán dẫn từ trường và bán dẫn lỏng - Các dụng cụ chế tạo bằng vật liệu bán dẫn có ưu điểm: + Thời gian làm việc lâu dài + Kích thước và trọng lượng nhỏ; + Cấu trúc đơn giản và chắc chắn, độ bền cơ tốt + Chỉnh lưu bằng bán dẫn thay thế đèn điện tử, không cần máy biến áp đốt, công suất tiêu thụ ít và có quán tính nhỏ. + Có thể sản xuất hàng loạt theo dây truyền tự động đem lại hiệu quả kinh tế cao.
9.2. ĐIỆN DẪN CỦA BÁN DẪN 9.2.1. Các bán dẫn thuần Bán dẫn thuần không được pha với các chất khác có nồng độ điện tử ( e ) và nồng độ lỗ trống ( các ion dương ) bằng nhau Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Ge và Si thuộc nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Có năng lượng cấm lần lượt là 0.72 eV và 1.12 eV γ = e.n oi .k n + e.poi .k p 9.2.2 Bán dẫn tạp - Đa số dụng cụ bán dẫn trong kỹ thuật là bán dẫn tạp chất. - Tạp chất trong chất bán dẫn thuần là các nguyên tử kim loại - Tạp chất trong chất bán dẫn hợp nhất hoá học không chỉ là nguyên tử khác loại mà còn là nguyên tử thừa của chính nguyên tố có trong thành phần hợp thức. - Tất các các khuyết tập trong mạng tinh thể: nút khuyết, nguyên tử hay ion nằm giữa các nút,… cũng được gọi là tạp chất.
- Các nguyên tử tạp chất nằm ở nút của mạng tinh thể nó được gọi là tạp chất thế, nằm ở giữa các nút là tạp chất xen kẽ. - Bán dẫn có tạp chất có nồng độ điện tử lớn hơn nồng độ lỗ gọi là bán dẫn loại N, còn tạp chất đưa điện tử vào dải dẫn gọi là tạp chất cho. - Bán dẫn có tạp chất có nồng độ lỗ lớn hơn nồng độ điện tử gọi là bán dẫn loại P, còn tạp chất chiếm điện tử từ dải hoá trị của bán dẫn gốc gọi là tạp chất nhận. - Hạt mạng điện có nồng độ lớn hơn trong chất bán dẫn gọi là hạt cơ bản, còn hạt có nồng độ nhỏ hơn là không cơ bản. Vậy trong bán dẫn loại N thì điện tử là hạt mang điện cơ bản còn lỗ trống mang điện không cơ bản. Trong bán dẫn loại P thì ngược lại.
Chất bán dẫn loại P Để tạo thành vật liệu kiểu p, tạp chất, thường là Gali, Indi hoặc Bore được bổ sung vào tinh thể Si hoặc Ge. Các tạp chất này có hóa trị 3, nghĩa là có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng. Khi Gali hoặc B, Indi được đưa vào tinh thể Si hoặc Ge (hóa trị 4), sẽ thiếu một điện tử hóa trị, tạo thành lỗ và có điện tích dương, tạp chất tạo lỗ được gọi là tập chất nhận
Chất bán dẫn loại N Để tạo thành vật liệu kiểu n, tạp chất, thường là Arsen hoặc Antimony được bổ sung vào tinh thể Si hoặc Ge, các tạp chất này có hóa trị 5, khi được đưa vào sẽ thừa một điện tử tự do, điện tử này tạo ra điện tích âm trong nguyên tử, do đó được gọi là tập chất cho
Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.
Thuận Ngược
Transistor
Cách xác định các chân tranzito - Tìm cực B Cho que đen (+Pin) vào 1 chân dịch que đỏ 2 chân còn lại: +Nếu thông hết thì chân đặt que đen là cực B và thứ tự các chân là BCE và đây là tranzito NPN, +Nếu không thông, thì để que đỏ (-Pin) cố định dịch que đen (+Pin) các chân nếu thông thì chân que đỏ là cực B còn các chân còn lại là CE và đây là loại Tranzito thuận PNP - Nếu tìm được chân B nằm ở giữa thì tìm cực C và E như sau: + Nếu loại PNP: Đặt que đen (+Pin) vào 1 cực E que đo vào cực C rồi cho tín hiệu vào cực B (có thể chạm ngón tay vào) nếu có điện trở RCE thì cực tại que đen là E và đỏ là C còn điện trở vô cùng lớn thì ngược lại. + Nếu loại NPN: Đặt que đen (+Pin) vào 1 cực C que đo vào cực E rồi cho tín hiệu vào cực B (có thể chạm ngón tay vào) nếu có điện trở RCE thì cực tại que đen là C và đỏ là E còn điện trở vô cùng lớn thì ngược lại.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Thyristor Thyristor có cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn ghép lại tạo thành hai Transistor mắc nối tiếp, một Transistor thuận và một Transistor ngược ( như sơ đồ tương đương ở trên ) . Thyristor có 3 cực là Anot, Katot và Gate gọi là A-K- G, Thyristor là Diode có điều khiển , bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn..
Đặt động hồ thang x1W , đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim không lên , dùng Tovit chập chân A vào chân G =>thấy đồng hồ lên kim , sau đó bỏ Tovit ra => đồng hồ vẫn lên kim => như vậy là Thyristor tốt
9.2.3. Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến điện dẫn của chất bán dẫn. 1- Nhiệt độ W ρ = A.e 2kT + Hệ số nhiệt của điện trở suất bán dẫn: b TK ρ = - 2 T 2. Cường độ điện trường bên ngoài + Khi điện trường thấp (E < E tb) quan hệ = f(E) tuân theo định luật ôm + Khi E lớn điện dẫn bắt đầu tăng nhanh theo quy luật hàm số mũ dẫn tới phá huỷ cấu trúc của bán dẫn β E γ0 - điện dẫn suất bán dẫn khi E < Etb; γ = γoe β - hệ số đặc trưng cho từng bán dẫn.
3. Ảnh hưởng của độ chiếu sáng γ = B.Lx B - hằng số đặc trưng cho mỗi bán dẫn, L - độ chiếu sáng; x - trị số nằm trong khoảng : 0
9.3. MỘT SỐ NGUYÊN TỐ CÓ TÍNH CHẤT BÁN DẪN DÙNG TRONG KỸ THUẬT 9.4.1. Giécmani (Gecmani) Ge - Có số nguyên tử là 32, và 4 điện tử hóa trị - Điều chế: + Từ nguyên liệu ban đầu tetraclorua giécmani Ge2O(bột trắng) và nó được khử trong lò hyđrô ở nhịêt độ 650 – 7000C thành giécmani. + Có thể điều chế từ GeCl4 bằng cách phân tích hợp chất này ở nhiệt độ cao trong hơi kẽm. + Bột giécmani được rửa trong dung dịch axit và đúc thành thỏi. Và nó dùng để điều chế giécmani đặc biệt tinh khiết bằng phương pháp nóng chảy phân vùng hay điều chế trực tiếp đơn tinh thể bằng phương pháp kéo nóng chảy