Chương 1: Giới thiệu về bán dẫn

Chia sẻ: Cao Van Manh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

- Dựa trên tính dẫn điện, vật liệu bán dẫn không phải là vật liệu cách điện cũng không phải là vật liệu dẫn điện tốt. Đối với vật liệu dẫn điện, lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử có rất ít các electron, nó có khuynh hướng giải phóng các electron này để tạo thành electron tự do và đạt đến trạng thái bền vững

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 1: Giới thiệu về bán dẫn

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