Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I. Chất bán dẫn và tính chất

Một nhóm vật liệu mà tiêu biểu là gemani và silic, được gọi là chất bán dẫn hoặc gọi tắt là bán dẫn.

Những biểu hiện quan trọng đầu tiên của chất bán dẫn là:

+ Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện trở suất của điện môi. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

+ Điện trở suất của chất bán dẫn rất nhạy cảm với tạp chất.

+ Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.

1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Khi được pha tạp chất mà trong bán dẫn xuất hiện thêm hạt tải điện mang điện âm, ta có bán dẫn loại n. Ngược lại, trong bán dẫn có pha tạp chất mà xuất hiện thêm hạt tải điện mang điện dương, ta có bán dẫn loại p.

2. Êlectron và lỗ trống

Khi một electron bị bứt ra khỏi mối liên kết, nó trở nên tự do và thành hạt tải điện gọi là êlectron dẫn, hay gọi tắt là electron. Chỗ liên kết đứt sẽ thiếu một electron, nó cũng được xem là hạt tải điện mang điện dương, và gọi là lỗ trống.

Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)

- Bán dẫn chứa đôno (tạp cho) là loại n, có mật độ electron rất lớn so với mật độ lỗ trống nên hạt tải điện chủ yếu trong bán dẫn loại n là êlectron.

- Bán dẫn chứa axepto (tạp nhận) là loại p, có mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ êlectron nên hạt tải điện chủ yếu trong bán dẫn loại p là lỗ trống.

III. Lớp chuyển tiếp p-n

Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra thêm một tinh thể bán dẫn.

1. Lớp nghèo

Khi cho bán dẫn loại n và loại p tiếp xúc nhau, ở lớp chuyển tiếp p-n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo (có điện trở rất lớn).

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Chiều dòng điện qua được lớp nghèo (từ p sang n) là chiều thuận, chiều kia (từ n sang p) là chiều ngược.

3. Hiện tượng phun hạt tải điện

Khi dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Ta nói rằng có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.

IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n. Vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p đến n, nên ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu. Nó được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành một chiều.

B. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý

1. Biết được chất bán dẫn là gì, nắm được tính chất dẫn điện của bán dẫn. So sánh được đặc điểm dẫn điện của bán dẫn với kim loại.

2. Biết được các hạt tải điện trong bán dẫn và nguyên nhân gây ra nó, từ đây trình bày được bản chất dòng điện trong chất bán dẫn.

3. Hiểu được tác dụng của tạp chất có thể làm thay đổi một cách cơ bản tính chất điện của bán dẫn. Bằng cách pha tạp chất thích hợp, người ta có thể tạo nên bán dẫn loại n và loại p với nồng độ hạt tải điện mong muốn.

4. So sánh được đặc tính dẫn điện của bán dẫn loại p với bán dẫn loại n.

5. Hiểu được sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n và giải thích được tính chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p-n. Hiểu được thế nào là dòng điện thuận, hiệu điện thế thuận, phân cực thuận hay dòng điện ngược, hiệu điện thế ngược, phân cực ngược.

6. Biết được điôt là gì. Hiểu được cấu tạo và hoạt động của các linh kiện bán dẫn có lớp chuyển tiếp p-n thường gặp như điôt chỉnh lưu.

7. Biết được tranzito là gì và nắm được cấu tạo của nó. Hiểu được cách mắc mạch khuếch đại dùng tranzito hai lớp chuyển tiếp p-n.

8. Biết vận dụng các hiểu biết về tính chất của bán dẫn và của lớp chuyển tiếp p-n để giải thích hoạt động của các dụng cụ bán dẫn.

C. ĐỀ BÀI TẬP

Bài 1

Điều nào sau đây sai khi nói về điện trở suất của chất bán dẫn.

Điện trở suất của chất bán dẫn

A. rất nhạy cảm với tạp chất

B. giảm đáng kể khi được chiếu sáng

C. giảm đáng kể khi bị tác dụng của các tác nhân ion hóa

D. tăng khi nhiệt độ tăng

Bài 2

Chọn câu đúng trong các câu sau đây:

A. Hạt mang điện chủ yếu trong bán dẫn loại n là lỗ trống.

B. Hạt mang điện chủ yếu trong bán dẫn loại p là êlectron.

C. Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron và lỗ trống chuyển động ngược chiều điện trường.

D. Hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn có giá trị âm.

Bài 3

Điều nào sau đây là sai khi nói về lớp nghèo ở lớp chuyển tiếp p-n?

A. Điện trở của lớp nghèo khá nhỏ.

B. Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno.

C. Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn p có các ion axepo.

D. Dòng điện qua lớp nghèo theo chiều từ n sang p là chiều ngược.

Bài 4

Điều nào sau đây sai khi nói về điôt bán dẫn?

A. Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n.

B. Dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ n sang p.

C. Điôt bán dẫn được dùng để lắp mạch chỉnh lưu.

D. Điôt bán dẫn có tác dụng chỉnh lưu giống như điôt chân không.

Bài 5

Điều nào sau đây sai khi nói về chất bán dẫn?

A. Có hệ số nhiệt điện trở âm.

B. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh.

C. Tính chất điện nhạy cảm với tạp chất.

D. Chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều.

D. HƯỚNG DẪN GIẢI

Bài 1

Điện trở suất của chất bán dẫn giảm khi nhiệt độ tăng

⇒ chọn D.

Bài 2.

Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của chất bán dẫn giảm nên hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn có giá trị âm

⇒ chọn D.

Bài 3

Lớp nghèo không có hạt tải điện nên điện trở lớp nghèo rất lớn

⇒ chọn A.

Bài 4

Dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p sang n

⇒ chọn B.

Bài 5

Trong tranzito n-p-n, dòng điện qua cực gốc ($I_{B}$) rất nhỏ so với dòng điện qua cực phát ($I_{E}$)

⇒ chọn C.

Bài 6

Nói dòng điện qua chất bán dẫn chỉ theo một chiều là sai

⇒ chọn D.