Bài giảng Vật lý 10 - Vật liệu bán dẫn - Quách Thị May

Vật liệu bán dẫn GVHD: Chu Việt Hà SVTH: Quách Thị May Lớp: Lý BK45Những nội dung chính về vật liệu bán dẫn:Khái niệm vật liệu bán dẫnCấu trúc vùng năng lượng Các loại bán dẫnLớp chuyển tiếp P-NỨng dụng của vật liệu bán dẫnI. Khái niệm vật liệu bán dẫnChất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòngĐiện môiBán dẫnKim loạiĐiện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa điện môi và kim loạiII. Cấu trúc vùng năng lượngVùng hóa trị: có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng, vùng này điện tử liên kết mạnh với nguyên tửVùng dẫn: có mức năng lượng cao nhất, chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng này Vùng cấm: vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, vùng này điện tử không tồn tạiTính dẫn điện của chất bán dẫn có thể lý giải nhờ lý thuyết vùng năng lượng: Các chất bán dẫn có vùng cấm có một độ rộng xác định. Ở 0 ⁰K, chất bán dẫn không dẫn điện. Khi tăng nhiệt độ, các điện tử sẽ nhận được năng lượng nhiệt, khi năng lượng mà các điện tử nhận được thắng được năng lượng vùng cấm thì điện tử sẽ nhảy lên vùng dẫn và bán dẫn trở thành chất dẫn điện. Khi nhiệt độ tăng, mật độ điện tử trên vùng dẫn sẽ tăng theo. Sự phụ thuộc của điện trở chất bán dẫn vào nhiệt độ: với: R0 là hằng số, Eg là độ rộng vùng cấm. II. Cấu trúc vùng năng lượng Hình 1: Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫnIII. Các loại bán dẫnỞ nhiệt độ thấp, các electron hóa trị gắn bó chặt chẽ với các nguyên tử ở nút mạng nên không có các eletron tự do => Chúng là chất cách điện1, Bán dẫn thuần (VD: Silic và Germanium)III. Các loại bán dẫnỞ nhiệt độ cao, nhiệt năng làm gãy một số nối hóa trị. Các điện tử ở các nối bị gãy rời xa nhau và di chuyển trong mạng tinh thể dưới tác dụng của điện trường. Khi năng lượng này lớn hơn năng lượng của dải cấm, điện tử có thể vượt dải cấm vào dải dẫn điện và chừa lại những lỗ trống=> Chúng là chất dẫn điện III. Các loại bán dẫnHình 3: Sơ đồ mức năng lượng của bán dẫn ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ caoKhi có điện trường đặt vào chất bán dẫn các điện tử chuyển động ngược chiều điện trường, các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường => gây nên dòng điện trong chất bán dẫnIII. Các loại bán dẫnDòng điện trong chất bán dẫn là dòng dịch chuyển có hướng của các eletron và lỗ trống.Bán dẫn thuần có số electron bằng số lỗ trống.Độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng và ngược lạiĐiện trở suất của chất bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp chiếu vàoNhận xétIII. Các loại bán dẫnPSiKhi pha thêm vào Si 1 chất có hóa trị V như PElectron dư trong nguyên tử P liên kết yếu với nguyên tử P dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử. Chất bán dẫn lúc này thừa điện tử và được gọi là bán dẫn loại N2, Bán dẫn tạp chấta, Bán dẫn loại NIII. Các loại bán dẫnSiAs2. Bán dẫn tạp chấtb, Bán dẫn loại PLỗ trống tạo nên do nguyên tử As thiếu một e liên kết với một nguyên tử Si lân cận. Bán dẫn lúc này thiếu 1 điện tử và được gọi là bán dẫn loại PKhi pha thêm vào Si 1 chất có hóa trị III như AsIII. Các loại bán dẫn* Đối với bán dẫn loại N - Tạp chất P pha vào bán dẫn Si đã tạo thêm e tự do mà không làm tăng số lỗ trống - E là hạt tải điện cơ bản, lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản* Đối với bán dẫn loại P - Tạp chất As pha vào bán dẫn Si đã tạo thêm lỗ trống, làm cho số lỗ trống nhiều hơn số e dẫn. - Lỗ trống là hạt tải điện cơ bản e là hạt tải điện không cơ bảnNhận xétNếu pha hai loại tạp chất, chẳng hạn như cả P và As vào bán dẫn Si thì bán dẫn này có thể là bán dẫn loại P hoặc bán dẫn loại N, tùy theo tỉ lệ giữa hai loại tạp chất.Như vậy, bằng cách chọn tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn, người ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mình mong muốn. Đây chính là tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng dụng.IV, Lớp chuyển tiếp P-N1, Sự hình thành lớp chuyển tiếp P-NNP+++++-----Chỗ tiếp xúc 2 loại bán dẫn đã hình thành lớp chuyển tiếp P-NLớp này còn được gọi là vùng nghèo hạt tải điện, gọi tắt là vùng nghèoIV, Lớp chuyển tiếp P-NTrường hợp phân cực thuậnUPN> 0:2, Dòng điện qua lớp chuyển tiếp P-NNP+-Điện tử ở miền N cđ dễ dàng hơn về phía P, lỗ trống ở miền P cđ dễ hơn về phía N. Ngăn cản các hạt dẫn thiểu số là điện tử ở P, lỗ trống ở N khó dịch chuyển hơn. Dòng điện trong trường hợp này là dòng điện thuậnIV, Lớp chuyển tiếp P-N a, Trường hợp phân cực ngược (UPN đánh thủng lớp tiếp giápNhư vậy, Lớp chuyển tiếp P – N dẫn điện tốt theo một chiều từ P sang N. Lớp chuyển tiếp P –N có tính chỉnh lưu. IV, Lớp chuyển tiếp P-N3. Đặc tuyến Vôn-ampe của lớp chuyển tiếp P-N: mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện ápIV, Lớp chuyển tiếp P-NHiện tượng đánh thủng là hiện tượng khi điện áp ngược lớn, dòng lớn làm các e va chạm vào các e cố định khác nên dòng điện tăng vọt, nghĩa là tiếp xúc P-N dẫn điện được theo cả 2 chiều, phá vỡ đặc tính chỉnh lưu của nóNguyên nhân đánh thủng có thể do điện hoặc do nhiệt, do đó có 3 loại đánh thủng: đánh thủng về điện, đánh thủng về nhiệt, đánh thủng về điện- nhiệt. 4, Hiện tượng đánh thủngV, Ứng dụng của vật liệu bán dẫn _ Điốt bán dẫn _ Trandito hay còn gọi là triot bán dẫn. _ Nhiệt điện trở bán dẫn (rêdisto) _ Quang điện trở bán dẫn (phôtôrêdistô) _ Vi mạch điện tử1, Làm các dụng cụ bán dẫn, chúng có ưu điểm: Kích thước nhỏ, tiết kiệm được năng lượng, chỉ cần nguồn hiệu điện thế thấp, bền vững về mặt cơ học, thời gian sử dụng được dài, V, Ứng dụng của vật liệu bán dẫna, Điốt bán dẫnLà dụng cụ bán dẫn có lớp tiếp xúc p-n nên có tính chất dẫn điện chủ yếu theo một chiều.Dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, dùng trong mạch tách sóngV, Ứng dụng của vật liệu bán dẫn2, Trandito bán dẫnLà dụng cụ bán dẫn cấu tạo từ ba phần có tính dẫn điện khác nhau nên có hai lớp tiếp xúc p-n.Có hai loại TranditoLoại p-n-p: phần giữa là bán dẫn loại n, hai bên là bán dẫn loại p.Loại n-p-n: phần giữa là bán dẫn loại p, hai bên là bán dẫn loại n.V, Ứng dụng của vật liệu bán dẫnMột số loại trandito thường dùng hiện nayV, Ứng dụng của vật liệu bán dẫnc, Nhiệt điện trở bán dẫnLà dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc mạnh của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ.Được chế tạo từ các chất bán dẫn khác nhau như Ge, Si, Se, một số oxit kim loại,Dùng trong các thiết bị đo nhiệt độ, khống chế nhiệt độ từ xa, thiết bị báo cháy.V, Ứng dụng của vật liệu bán dẫnMột số hệ thống báo cháy có sử dụng nhiệt điện trởV, Ứng dụng của vật liệu bán dẫnd , Quang điện trở bán dẫnLà dụng cụ bán dẫn dựa trên sự phụ thuộc của điện trở bán dẫn vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó (hiện tượng quang điện bên trong).Được chế tạo từ Ge, Si, Se và một số bán dẫn hợp chất như CdS, PbS,Dùng trong các thiết bị kiểm tra và điều khiển tự động.V, Ứng dụng của vật liệu bán dẫne, Vi mạch điện tử Là những vi mạch có kích thước rất nhỏ nhưng chứa hàng trăm, hàng nghìn chi tiết khác nhau ( điốt, tradito, điện trở,) thay thế cho các mạch điện tử cồng kềnh.V, Ứng dụng của vật liệu bán dẫnTổng kếtChất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Ta có thể tạo ra bán dẫn mình mong muốn bằng cách chọn tạp chất và nồng độ tạp chất tùy ý. Vật liệu bán dẫn có ứng dụng rất lớn trong việc chế tạo ra các dụng cụ bán dẫn và các linh kiện điện tử Thực hiện: Quách Thị MayLớp LýBK45Học phần: Khoa học vật liệuNăm học 2013-2014Chân thành cảm ơn cô và các bạn đã chú ý lắng nghe