Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn - Trường THPT Nguyễn Khuyến

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN 
? 
Hạt mang điện tự do trong chất bán dẫn là những hạt nào ? 
Có phải ion âm 
Ion dương 
Electron 
Hay là loại hạt mang điện nào ? 
Chất Bán Dẫn có mấy loại , dựa vào đặc điểm nào để phân loại chất Bán Dẫn ? 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
Bµi 17 
Dßng ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn 
i. ChÊt B¸n dÉn vµ tÝnh chÊt 
1- Kh¸i niƯm b¸n dÉn : 
2-TÝnh chÊt cđa chÊt b¸n dÉn : 
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
 Nguyªn tư Si cã mÊy electron líp ngoµi cïng ? 
- Xét Bán Dẫn tinh khiết điển hình silic ( si ) 
electron 
- Khi liên kết các nguyên tử Si liên kết bằng loại liên kết nào ? 
Silic ( Si ) cĩ số thứ tự 14- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 
Si 
Si 
Si 
14 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Mơ hình mạng tinh thể Silic tinh khiết 
Ở nhiệt độ thấp ,, các electron hĩa trị gắn bĩ chặc chẽ với các nguyên tử ở nút mạng . 
=> Khơng cĩ các electron tự do 
Cặp electron hoá trị dùng chung 
Ơû điều kiện nhiệt dộ thấp trong mạng tinh thể có hạt mang điện tự do ? 
15 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Khi nhiệt độ tăng cao 
Vậy , ở nhiệt độ cao luơn cĩ sự phát sinh các cặp electron – lỗ trống . 
Số electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết bằng nhau . 
Lỗ Trống 
Hạt mang điện tự do trong bán dẫn là hạt nào ? 
Electron tự do 
Gồm : 
Lỗ Trống 
Electron dẫn 
Bµi 17 
Dßng ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn 
i. ChÊt B¸n dÉn vµ tÝnh chÊt 
1- Kh¸i niƯm b¸n dÉn : 
2-TÝnh chÊt cđa chÊt b¸n dÉn : 
1. Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
Gåm : + Eletron tù do : mang ® iƯn tÝch ©m . 
 + Lç trèng : mang ® iƯn tÝch d­¬ng . 
- Bán dẫn tinh khiết thì số lỗ trống bằng số electron 
Nếu pha tạp chất thì trong bán dẫn có gì khác biệt ? 
Nguyên tử photpho có 5 electron ở lớp ngoài . 
Giả sử trong mạng tinh thể Silic cĩ lẫn một nguyên tử phơtpho (P). 
Si 
P 
Electron dư trong nguyên tử Phơtpho liên kết yếu với nguyên tử Phơtpho . 
P: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 
Mơ hình mạng tinh thể bán dẫn cĩ tạp chất P hopho : 
Si 
P 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
+ 
Electron dư thừa dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử 
Electron thừa 
Electron dẫn 
CĐ 
19 
 Như vậy , tạp chất Photpho đã tạo thêm các electron tự do, mà khơng làm tăng thêm số lỗ trống . 
 Bán dẫn có hạt tải điện cơ bản là electron gọi là bán dẫn loại n. 
NHẬN XÉT: 
 số electron nhiều hơn số lỗ trống 
 Ta gọi electron là hạt tải điện cơ bản hay đa số , lỗ trống là hạt tải điện khơng cơ bản hay thiểu số . 
Bµi 17 
Dßng ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn 
i. ChÊt B¸n dÉn vµ tÝnh chÊt 
1- Kh¸i niƯm b¸n dÉn : 
2-TÝnh chÊt cđa chÊt b¸n dÉn : 
1 . Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
- Gåm : + Eletron tù do : mang ® iƯn tÝch ©m . 
 + Lç trèng : mang ® iƯn tÝch d­¬ng . 
- Bán dẫn tinh khiết thì số lỗ trống bằng số electron 
- Bán dẫn n là Bán Dẫn có số electron nhiều hơn số lỗ trống . 
Giả sử ta pha tạp chất có 3 electron ngoài cùng 
Giả sử trong mạng tinh thể Silic cĩ lẫn một nguyên tử Bo (B). 
B: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 
Si 
B 
Lỗ trống tạo nên do nguyên tử Bo thiếu 1 electron liên kết với 1 nguyên tử Silic lân cận 
Mơ hình mạng tinh thể bán dẫn cĩ tạp chất B: 
Si 
B 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
- 
Một electron ở liên kết gần đĩ cĩ thể chuyển đến lấp đầy liên kết trống này và tạo thành 1 lỗ trống mới . 
 Như vậy , tạp chất B pha vào bán dẫn Silic đã tạo thêm lỗ trống , làm cho số lỗ trống nhiều hơn số electron dẫn . 
 Ta gọi lỗ trống là hạt tải điện cơ bản hay đa số , electron là hạt tải điện khơng cơ bản hay thiểu số . 
 Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại p. 
NHẬN XÉT: 
Bµi 17 
Dßng ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn 
i. ChÊt B¸n dÉn vµ tÝnh chÊt 
1- Kh¸i niƯm b¸n dÉn : 
2-TÝnh chÊt cđa chÊt b¸n dÉn : 
1 . Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
- Gåm : + Eletron tù do : mang ® iƯn tÝch ©m . 
 + Lç trèng : mang ® iƯn tÝch d­¬ng . 
- Bán dẫn tinh khiết thì số lỗ trống bằng số electron 
- Bán dẫn n là Bán Dẫn có số electron nhiều hơn số lỗ trống . 
- Bán dẫn loại p là Bán Dẫn có số lỗ trống nhiều hơn số electron . 
- Lỗ trống mang điện dương sẽ chuyển động cùng chiều hay ngược chiều điện trường ? 
- Các hạt mang điện tự do trong bán dẫn chuyển động như thế nào trong điện trường ? 
Khi cĩ điện trường đặt vào chất bán dẫn 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
E 
Khi cĩ điện trường đặt vào chất bán dẫn 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
- Bản chất dòng điện trong chất Bán Dẫn là dòng electron và lỗ trống chuyển dời như thế nào so với điện trường ? 
2 . Bản chất dòng điện trong chất Bán Dẫn . 
E 
Bµi 17 
Dßng ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn 
i. ChÊt B¸n dÉn vµ tÝnh chÊt 
1- Kh¸i niƯm b¸n dÉn : 
2-TÝnh chÊt cđa chÊt b¸n dÉn : 
1 . Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
2 . Bản chất dòng điện trong chất Bán Dẫn . 
- Dòng điện trong chất Bán Dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường . 
Tạp chất cho mạng tinh thể electron hay nhận ? 
Nếu pha 2 loại tạp chất , chẳng hạn cả P và B, vào bán dẫn Silic , thì bán dẫn này cĩ thể là bán dẫn loại p hay loại n l à tùy theo tỷ lệ giữa 2 loại tạp chất . 
Nếu muốn tạo ra Bán Dẫn loại n thì tạp chất có mấy electron hoá trị ?.. 
5 
Si 
P 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
+ 
Electron thừa 
Electron dẫn 
Bán Dẫn chứa tạp chất cho là Bán Dẫn loại n . 
Tạp chất cho tinh thể electron hay nhận ? 
Người ta gọi chúng là tạp chất cho ( đôno ) 
- Tạp chất cho là tạp chất có số electron hoá trị lớn hơn của mạng tinh thể bán đẫn . 
3 
Nếu muốn tạo ra Bán Dẫn loại p thì tạp chất có mấy electron hoá trị ? .. 
Tạp chất cho tinh thể electron hay nhận ? 
Si 
B 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
- 
Thiếu electron 
Bán Dẫn chứa tạp chất nhận là Bán Dẫn loại p . 
Tạp chất cho tinh thể electron hay nhận ? 
Bµi 17 
Dßng ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn 
i. ChÊt B¸n dÉn vµ tÝnh chÊt 
1- Kh¸i niƯm b¸n dÉn : 
2-TÝnh chÊt cđa chÊt b¸n dÉn : 
1 . Hạt tải điện tự do trong chất Bán Dẫn 
II . HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN , BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p . 
2 . Bản chất dòng điện trong chất Bán Dẫn . 
3 . Tạp chất cho ( đôno ) tạp chất nhận ( axepto ) 
- Bán Dẫn chứa tạp chất nhận là Bán Dẫn loại p . 
- Bán Dẫn chứa tạp chất cho là Bán Dẫn loại n . 
* Tạp chất cho là tạp chất có số electron hoá trị lớn hơn của mạng tinh thể bán dẫn . 
* Tạp chất nhận là tạp chất có số electron hoá trị nhỏ hơn của mạng tinh thể . 
C1 
Kiến thức cần đạt 
+ Bán dẫn 	?	 Có mấy loại ? 
+ tính chất ? 
+ hạt mang điện tự do ? 
+ bản chất dòng điện trong bán dẫn ? 
+ Tạp chất cho , tạp chất nhận ? 
+ electron và lỗ trống 
+ điện trở suất của Bán Dẫn so với kim loại ? 
+ điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ tăng ? 
+ khi pha tạp chất , dùng tac nhân điện trở suất thay đổi như thế nào ? 
+ electron và lỗ trống chuyển dời như thế nào so với cường độ điện trường ngoài ? 
C©u nµo d­íi ®©y nãi vỊ c¸c h¹t t¶i ® iƯn trong chÊt b¸n dÉn lµ ® ĩng ? 
C¸c h¹t t¶i ® iƯn trong b¸n dÉn lo¹i n chØ cã electron tù do 
C¸c h¹t t¶i ® iƯn trong b¸n dÉn lo¹i p chØ cã lç trèng 
C¸c h¹t t¶i ® iƯn trong b¸n dÉn lu«n bao gåm : lç trèng vµ electron tù do 
C¸c h¹t t¶i ® iƯn trong b¸n dÉn lu«n chuyĨn ® éng ng­ỵc chiỊu ® iƯn tr­êng 
C 
Tìm câu đúng 
Trong chất bán dẫn , mật độ electron luơn bằng mật độ lỗ trống . 
Nhiệt độ càng cao , bán dẫn dẫn điện càng tốt . 
Bán dẫn loại p tích điện dương vì mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ electron. 
Bán dẫn cĩ điện trở xuất cao hơn kim loại , vì trong bán dẫn cĩ 2 loại hạt tải điện trái dấu . 
a) 
b) 
c) 
d) 
Bán Dẫn là vật liệu quan trọng quyết định sự phát triển công nghệ thông tin . 
- Như vậy , bằng cách chọn loại tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn , người ta cĩ thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn . 
Vậy dựa trên những đặc điểm nào ? Và những linh kiện đó hoạt động ra sao ? 
Hẹn gặp lại 
Đọc trước phần III , IV , V 
Hẹn gặp lại 
Electron tự do 
Điện trở suất và mật độ hạt tải điện 
của gecmani pha tạp gali ở 300 K 
Tỉ lệ tạp chất 
0 % 
10 -6 % 
10 -3 % 
Điện trở suất 
 0,5 
 10 -1 
 10 -4 
Mật độ lỗ trống 
2,5.10 19 m -3 
3,7.10 20 m -3 
3,7.10 23 m -3 
Mật độ electron 
2,5.10 19 m -3 
1,7.10 18 m -3 
1,7.10 15 m -3 
So sánh điện trở suất của bán dẫn gecmani tinh khiết , gecmani pha tạp gali 10 -6 % và gecmani pha tạp gali 10 -3 % ở nhiệt độ 300 K với nhau và với điện trở suất của các kim loại ( khoảng 10 -8 ) 
mA 
Chất bán dẫn 
Ánh sáng , t ác nhân 
Điện trở suất tăng hay giảm khi có ánh sáng , tác nhân ? 
mA 
Chất bán dẫn 
Nhi ệt độ T 1 
Nhi ệt độ T 2 > T 1 
- Điện trở suất thay đổi như thế nào khi nhiệt độ tăng ? 
- Hãy nhận xét khi Nhi ệt độ T 2 > T 1 thì dòng điện qua bán dẫn tăng hay giảm ? 
- So sánh với điện trở suất của kim loại .? 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
E 
Chiều chuyển động của lỗ trống 
Chiều chuyển động của electron