Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn (Bản mới)

Giáo án 
Bài 44 : Dòng đ iện trong chất bán dẫn 
 Dòng đ iện trong chất bán dẫn 
Nêu bản chất của dòng đ iên 
 trong chân không ? 
So sánh bản chất dòng đ iện 
trong chân không với 
 bản chất dòng đ iện 
trong kim loại ? 
1.Sự dẫn đ iện của bán dẫn tinh khiết . 
 a. Đ ặc tính dẫn đ iện của bán dẫn tinh khiết . 
 *ĐN: Bán dẫn là những chất có đ iện trở suất ( ) lớn hơn của kim loại nhưng nhỏ hơn của đ iện môi ( kl <  bd <  đm ). 
Ví dụ : Si,Ge ,As ,Các ô xít kim loại. 
Đ ặc tính . 
 + ở nhiệt độ thấp chất bán dẫn không dẫn đ iện (là một đ iện môi). 
 +ở nhiệt độ cao chất bán dẫn dẫn đ iện tốt . 
 Đ iện trở xuất của kim loại (  kl ) và 
đ iện trở xuất của đ iện môi ( đm ) 
có quan hệ gì với nhau ? 
Đ iện trở xuất của kim loại (  kl ) phụ thuộc 
 nh ư thế nào vào nhiệt độ ? 
* Đồ thị : 
 
o 
T(K) 
b. Sự dẫn đ iện của bán dẫn tinh khiết . 
 - Trong tinh thể mỗi nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si gần nó nhất , bằng cách chung nhau từng cặp e - hoá trị.(liên kết này gọi là liên kết cộng hoá trị ). 
 * Xét chất bán dẫn đ iển hình Silic (Si). 
-Si là nguyên tố thuộc nhóm IV  Tức là có 4 electron (e - ) ở lớp ngoài cùng  Liên kết yếu với hạt nhân . 
Si thuộc nhóm mấy ? 
Có mấy e - ở lớp ngoài cùng ? 
Trong tinh thể các nguyên tử Si liên 
 kết nh ư thế nào với nhau ? 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
- Sơ đồ cấu tạo: 
 * ở nhiệt độ thấp,trong Silic nguyên chất các liên kết này là rất bền vững  Do đó các e - bị ràng buộc chặt chẽ với mạng tinh thể . 
  Trong tinh thể không có đ iện tử tự do  Bán dẫn không dẫn đ iện . 
* ở nhiệt độ cao th ì các nguyên tử Si dao đ ộng mạnh làm phá vỡ một số liên kết trong mạng tinh thể  Giải phóng ra các e - tự do  chất bán dẫn dẫn đ iện tốt . 
+ Chỗ e - giải phóng lại xuất hiện một chỗ trống thiếu e- liên kết , gọi là lỗ trống,lỗ trống mang diện tích dương . 
ở nhiệt độ thấp trong chất bán dẫn 
có đ iện tử tự do không ? 
+ Đ iện tử tự do trong tinh thể gồm lỗ trống và e - tự do. 
Chỗ e - giải phóng mang đ iện tích 
 dương hay âm? 
Còn ở nhiệt độ cao th ì sao ? 
Trong bán dẫn đ iện tử tự do gồm 
 những loại nào ? 
 - Khi không có đ iện trường ngoài (E = o). 
 + Các e - tự do và lỗ trống chuyển đ ộng nhiệt hỗn loạn , không có chiều ưu tiên  Chưa có dòng diện 
- Khi có đ iện trường ngoài (E  0). 
 + Ngoài chuyển đ ộng nhiệt th ì lực đ iện trường làm cho e - chuyển đ ộng ngược chiều đ iện trường còn lỗ trống chuyển đ ộng cùng chiều đ iện trường  Trong bán dẫn xuất hiện dòng đ iện . 
Vậy , ở nhiệt độ tương đ ối cao trong tinh thể bán dẫn xuất hiện đ ồng thời hai loại hạt mang đ iện tự do: e- và lỗ trống . 
Khi không có đ iện trường ngoài (E=0) th ì 
 các đ iện tử chuyển đ ộng nh ư nào ? 
Khi có đ iện trường ngoài (E  0) th ì các 
 đ iện tử chuyển đ ộng ra sao ? 
 * KL: Bản chất dòng đ iện trong chất bán dẫn là sự chuyển rời có hướng đ ồng thời của các e - tự do và lỗ trống dưới tác dụng của đ iện trường . 
Bản chất của dòng đ iện trong 
chất bán dẫn là gì ? 
 2. Sự dẫn đ iện của bán dẫn có tạp chất . 
a. Bán dẫn đ iện tử ( bán dẫn loại n). 
+ Nguyên tử As trong tinh thể tung ra ( dùng ) 4 e - để liên kết với 4 nguyên tử Si bên cạnh gần nó nhất . Còn 1 e - liên kết yếu với hạt nhân  Rễ tách ra khỏi nguyên tử As  trở thành e - tự do. 
 * Bán dẫn loại n là bán dẫn tinh khiết có lẫn một ít tạp chất Asen (As) . 
 Trong bán dẫn loại n hạt mang đ iện cơ bản là e - còn lỗ trống là hạt mang đ iện không cơ bản. 
+ As là nguyên tố thuộc nhóm V Có 5 e - ở lớp ngoài cùng các e - liên kết yếu với hạt nhân . 
Gi ả sử ta pha vào tinh thể Si một lượng rất ít các nguyên tử As 
Trong tinh thể nguyên tử As 
liên kết nh ư nào ? 
Vậy bán dẫn loại n là gì? 
Và trong bán dẫn loại n th ì e - và lỗ trống 
hạt nào là hạt mang đ iện cơ bản ? 
 * c ấu tạo: 
As 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
+ B là nguyên tử thuộc nhóm III  có 3 e - ở lớp ngoài cùng . 
+ Trong tinh thể Si nguyên tử B còn thiếu 1e - , do đó để liên kết với 4 nguyên tử Si gần nó nhất , nó mượn 1 e - ở liên kết gần đó. 
* Vậy bán dẫn loại p là bán dẫn tinh khiết Si có lẫn một lượng rất nhỏ nguyên tử Bo (B). 
 Trong bán dẫn loại p hạt mang đ iện cơ bản là lỗ trống , còn e - là hạt mang đ iện không cơ bản. 
b. Bán dẫn lỗ trống (bán dẫn loại p). 
Gi ả sử trong tinh thể Si có một lượng rất ít các nguyên tủ Bo (B) 
Trong tinh thể nguyên tử Bo liên kết 
nh ư nào với nguyên tử Si ? 
Vậy bán dẫn loại p là gì? 
Với bán dẫn loại p th ì hạt mang đ iện 
cơ bản là e - hay lỗ trống ? 
 + c ấu tạo: 
B 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
e - 
Bản chất dòng đ iện trong 
chất bán dẫn là gì ? 
* Lỗ trống là gì ?. 
* Lỗ trống và ion dương giống 
và khác nhau ở chỗ nào ? 
hết