CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU BÁN DẪN 9.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÁN DẪN - Bán dẫn là nhóm các loại vật chất có điện dẫn điện tử mà trị số điện trở suất của c

Bản ghi

1 CHƯƠNG 9. VẬT LIỆU BÁN DẪN 9.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÁN DẪN - Bán dẫn là nhóm các loại vật chất có điện dẫn điện tử mà trị số điện trở suất của chúng ở nhiệt độ bình thường nằm trong khoảng giữa điện trở suất của vật dẫn và điện môi. - Các chất bán dẫn có hai loại điện dẫn là điện dẫn điện tử: (n) và điện dẫn điện tử - lỗ (p) cho nên ta có thể tạo ra các sản phẩm bán dẫn với tiếp giáp p-n. - Ứng dụng của nó: + Dùng làm chỉnh lưu công suất lớn cũng như công suất nhỏ, khuếch đại và phát sóng. + Dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện trở với hiệu suất tương đương, đôi khi cao hơn các loại biến đổi khác. + Có thể làm lạnh môi trường xuống vài chục độ. + Lám sợi nung nóng (thanh silic), dùng để kích thích điểm catốt trong đèn inhitron để đo cường độ từ trường nó có thể làm bộ chỉ báo phóng xạ.v.v

2 - Phân loại: gồm bán dẫn đơn giản, bán dẫn hợp chất hoá học và bán dẫn phức tạp (bán dẫn gốm). Hiện tại đã nghiên cứu bán dẫn từ trường và bán dẫn lỏng - Các dụng cụ chế tạo bằng vật liệu bán dẫn có ưu điểm: + Thời gian làm việc lâu dài + Kích thước và trọng lượng nhỏ; + Cấu trúc đơn giản và chắc chắn, độ bền cơ tốt + Chỉnh lưu bằng bán dẫn thay thế đèn điện tử, không cần máy biến áp đốt, công suất tiêu thụ ít và có quán tính nhỏ. + Có thể sản xuất hàng loạt theo dây truyền tự động đem lại hiệu quả kinh tế cao.

3

4

5

6 9.2. ĐIỆN DẪN CỦA BÁN DẪN Các bán dẫn thuần Bán dẫn thuần không được pha với các chất khác có nồng độ điện tử ( e ) và nồng độ lỗ trống ( các ion dương ) bằng nhau Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Ge và Si thuộc nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Có năng lượng cấm lần lượt là 0.72 ev và 1.12 ev Bán dẫn tạp γ = e.n oi.k n + e.p oi.k p - Đa số dụng cụ bán dẫn trong kỹ thuật là bán dẫn tạp chất. - Tạp chất trong chất bán dẫn thuần là các nguyên tử kim loại - Tạp chất trong chất bán dẫn hợp nhất hoá học không chỉ là nguyên tử khác loại mà còn là nguyên tử thừa của chính nguyên tố có trong thành phần hợp thức. - Tất các các khuyết tập trong mạng tinh thể: nút khuyết, nguyên tử hay ion nằm giữa các nút, cũng được gọi là tạp chất.

7 - Các nguyên tử tạp chất nằm ở nút của mạng tinh thể nó được gọi là tạp chất thế, nằm ở giữa các nút là tạp chất xen kẽ. - Bán dẫn có tạp chất có nồng độ điện tử lớn hơn nồng độ lỗ gọi là bán dẫn loại N, còn tạp chất đưa điện tử vào dải dẫn gọi là tạp chất cho. - Bán dẫn có tạp chất có nồng độ lỗ lớn hơn nồng độ điện tử gọi là bán dẫn loại P, còn tạp chất chiếm điện tử từ dải hoá trị của bán dẫn gốc gọi là tạp chất nhận. - Hạt mạng điện có nồng độ lớn hơn trong chất bán dẫn gọi là hạt cơ bản, còn hạt có nồng độ nhỏ hơn là không cơ bản. Vậy trong bán dẫn loại N thì điện tử là hạt mang điện cơ bản còn lỗ trống mang điện không cơ bản. Trong bán dẫn loại P thì ngược lại.

8 Chất bán dẫn loại P Để tạo thành vật liệu kiểu p, tạp chất, thường là Gali, Indi hoặc Bore được bổ sung vào tinh thể Si hoặc Ge. Các tạp chất này có hóa trị 3, nghĩa là có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng. Khi Gali hoặc B, Indi được đưa vào tinh thể Si hoặc Ge (hóa trị 4), sẽ thiếu một điện tử hóa trị, tạo thành lỗ và có điện tích dương, tạp chất tạo lỗ được gọi là tập chất nhận

9 Chất bán dẫn loại N Để tạo thành vật liệu kiểu n, tạp chất, thường là Arsen hoặc Antimony được bổ sung vào tinh thể Si hoặc Ge, các tạp chất này có hóa trị 5, khi được đưa vào sẽ thừa một điện tử tự do, điện tử này tạo ra điện tích âm trong nguyên tử, do đó được gọi là tập chất cho

10 Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.