Bài giảng Dụng cụ bán dẫn

BÀI GIẢNG 
DỤNG CỤ BÁN DẪN 
DỤNG CỤ BÁN DẪN 
Tiết 64 
1. Dòng điện qua lớp tiếp xúc p – n : 
Lớp tiếp xúc p - n 
a) Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n: 
1. Dòng điện qua lớp tiếp xúc p – n : 
Bằng cách đưa các tạp chất thích hợp vào một mẫu bán dẫn tương đối nguyên chất , ta có được phần bên trái là bán dẫn loại n, còn phần bên phải là bán dẫn loại p. 
 Giữa hai loại bán dẫn này hình thành một lớp phân cách gọi là lớp tiếp xúc p-n . 
a) Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n: 
p 
n 
- Khi hai loại bán dẫn n và p tiếp xúc với nhau thì có sự khuếch tán các hạt mang điện từ phần bán dẫn loại n sang phần bán dẫn loại p và ngược lại . 
- Dòng khuếch tán chủ yếu được tạo nên bởi các êlectrôn tự do từ phần bán dẫn n sang phần bán dẫn p và bởi các lỗ trống từ phần bán dẫn p sang phần bán dẫn n. 
- Kết quả là ở mặt phân cách giữa hai phần hình thành một lớp đặc biệt , tích điện dương về phía bán dẫn loại n và tích điện âm về phía bán dẫn loại p 
- 
- 
- 
- 
h+ 
h+ 
h+ 
h+ 
p 
n 
 - Trong lớp đó có một điện trường hướng từ n sang p làm ngăn cản sự khuếch tán tiếp theo của các hạt mang điện cơ bản và khi điện trường đó đạt đến một cường độ xác định thì sự khuếch tán ngừng lại . 
- Do có sự khuếch tán nói trên mà ở sát hai bên của lớp tiếp xúc số hạt mang điện cơ bản giảm đi rất nhanh , do đó , độ dẫn điện tại lớp tiếp xúc giảm đi và điện trở của lớp tiếp xúc trở thành rất lớn so với điện trở của toàn bộ mẫu bán dẫn . 
Điện trường hướng từ n sang p 
Điện trở của lớp 
tiếp xúc lớn 
n 
p 
- 
- 
- 
- 
+ 
+ 
+ 
+ 
b) Tính dẫn điện một chiều của lớp tiếp xúc p – n : 
Nối hai đầu bán dẫn vào một nguồn điện ngoài , sao cho cực dương của nguồn nối với bán dẫn loại p còn cực âm nối với bán dẫn loại n. 
Khi đó điện trường do nguồn điện ngoài gây ra có hướng từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, làm cho các lỗ trống chuyển qua lớp tiếp xúc từ phần p sang phần n, còn các êlectrôn tự do thì từ n sang p và ta có dòng điện có cường độ lớn . 
  Ta gọi đó là dòng điện thuận , còn hiệu điện thế đặt vào khi đó gọi là hiệu điện thế thuận . 
n 
p 
- 
- 
- 
- 
h+ 
dòng điện qua lớp tiếp xúc rất nhỏ 
( dòng điện ngược ) 
Bây giờ ta đổi cực của nguồn điện . 
h+ 
h+ 
h+ 
h+ 
- 
Điện trường hướng từ n sang p 
h+ 
h+ 
- 
- 
Bật nguồn 
+ Khi đổi cực của nguồn điện , điện trường do nguồn điện gây ra làm cho các hạt mang điện cơ bản bị ngăn cản hoàn toàn và không chuyển qua được lớp tiếp xúc . 
+ Nhưng các hạt mang điện không cơ bản lại không bị ngắn cản : lỗ trống chuyển từ bán dẫn n sang bán dẫn p, còn êlectrôn tự do thì chuyển động ngược lại từ bán dẫn p sang bán dẫn n. 
+ Vì mật độ các hạt mang điện không cơ bản là rất nhỏ nên dòng điện do chúng gây ra rất nhỏ . 
 Ta gọi đó là dòng điện ngược và hiệu điện thế đặt vào khi đó gọi là hiệu điện thế ngược . 
 Vậy lớp tiếp xúc p – n, tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều từ p sang n. 
DỤNG CỤ BÁN DẪN: 
II. Dụng cụ bán dẫn : 
a) Diode bán dẫn và transistor : 
Diode bán dẫn 
Triode bán dẫn 
(transistor) 
Diode bán dẫn 
catốt 
anốt 
 Diode bán dẫn là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc p – n, do đó có tính chất dẫn điện ưu tiên theo một chiều . 
Diode bán dẫn được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều , giống như diode điện tử . 
Triode bán dẫn (transistor) 
- Triode bán dẫn hay transistor là dụng cụ bán dẫn được cấu tạo từ ba phần , có tính dẫn điện khác nhau . 
- Nếu phần ở giữa là bán dẫn loại p thì hai bên là bán dẫn loại n, đó là transistor loại n-p-n . Nếu phần ở giữa là bán dẫn loại n thì hai bên là bán dẫn loại p , đó là transistor loại p-n-p . 
P- N - P 
N - P- N 
Transistor (triode bán dẫn ) 
Lịch sử phát minh transistor 
Transistor loại N - P - N 
E 
C 
B 
E 
B 
C 
N 
P 
N 
E: cực phát 
C: cực góp 
B: cực gốc 
Transistor loại P - N - P 
E 
C 
B 
E 
B 
C 
P 
N 
P 
E: cực phát 
C: cực góp 
B: cực gốc 
P 
N 
P 
E 
C 
B 
N 
P 
N 
E 
C 
B 
E 
B 
C 
E 
C 
B 
 - Phần giữa của transistor gọi là cực gốc hay Base ( kí hiệu là B), một phần bên cạnh gọi là vực phát hay emitter ( kí hiệu là E), còn phần kia gọi là cực góp hay collector ( kí hiệu là C). 
- Trong transistor có hai lớp tiếp xúc p-n , còn cực Base được chế tạo sao cho có chiều dày rất nhỏ ( cỡ vài micrômet ) và có điện trở suất lớn . 
N 
P 
N 
+ 
_ 
+ 
_ 
E 
C 
B 
 Để cho trandito hoạt động ta mắc vào hai cực E và B nguồn điện E1 và vào hai cực B và C nguồn điện E2, cực của các nguồn này phải nối sao cho dòng điện qua lớp tiếp xúc E – B là thuận , còn dòng điện qua lớp tiếp xúc B-C là ngược . 
sơ đồ cho trường hợp trandito n-p-n 
( E2 lớn hơn E1 từ 5 đến 10 lần ) 
Dòng I E càng lớn thì dòng I C cũng càng lớn và dòng I E có thể điều khiển dòng I C 
Nếu hiệu điện thế U EB đặt vào lớp tiếp xúc thay đổi thì I E thay đổi , do đó I C cũng thay đổi . Nếu điện trở R C có trị số khá lớn thì hiệu điện thế ở hai đầu điện trở R C lớn hơn U EB nhiều lần .  sự biến thiên của U EB được khuếch đại trong mạch transistor. 
Transistor được sử dụng ngày càng rộng rãi trong kĩ thuật hiện đại : trong các mạch khuếch đại , tạo ra dao động điện . 
Ưu điểm của dụng cụ bán dẫn : 
Kích thước nhỏ . 
Tiết kiệm năng lượng . 
Chỉ cần nguồn có hiệu điện thế thấp . 
Bền vững về mặt cơ học . 
- Thời gian sử dụng dài . 
2b) Nhiệt điện trở bán dẫn : 
Đó là những dụng cụ bán dẫn được chế tạo từ các bán dẫn khác nhau như gemani ( Ge ), silic ( Si ), selen (Se), một số oxit kim loại v.v ... chúng có tính chất là : khi nhiệt độ tăng thì điện trở của chúng giảm đi rõ rệt . 
Nhiệt điện trở bán dẫn được dùng trong các thiết bị đo nhiệt độ , khống chế nhiệt độ từ xa , thiết bị báo cháy ... 
2c) Quang điện trở bán dẫn : 
Là dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc của điện trở một số bán dẫn vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó . Khi có ánh sáng chiếu vào độ dẫn điện của bán dẫn tăng lên . 
Quang điện trở bán dẫn được chế tạo từ Ge , Si , Se và một số bán dẫn hợp chất như CdS , PbS v.v ... Chúng có kích thước nhỏ , độ nhạy cao nên được dùng trong các thiết bị kiểm tra và điều khiển tự động , đo ánh sáng ... 
2d) Vi mạch điện tử dùng bán dẫn : 
Là những mạch có kích thước rất nhỏ nhưng chứa hàng trăm,hàng nghìn chi tiết khác nhau (diode, transistor, điện trở ...) thay thế cho các mạch điện tử cồng kềnh , dễ hư hỏng , tiêu hao nhiều năng lượng . 
KÍNH CHUÙC SÖÙC KHOEÛ CAÙC THAÀY COÂ GIAÙO CUØNG CAÙC EM