Giải bài tập dòng điện trong chất bán dẫn

Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn

A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG

1. Chất bán dẫn: một nhóm vật liệu mà tiêu biểu là gemani và silic được gọi là chất bán dẫn.

2. Tính chất của chất hán dẫn

– Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa diện trở suất của kim loại và điện trở suất của điện môi.

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

– Điện trở suất của chất bán dần giảm đáng kế khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác động của các tác nhân ion hóa khác.

3. Tạp chất cho (đò no) và tạp chất nhận (axepto)

– Bán dẫn chứa đo no (tạp chất no) là loại n, có hạt tải điện chủ yếu là electron. Tạp chất cho sinh ra electron dần nhưng không sinh ra lồ trông.

– Bán dần chứa axepto (tạp chất nhận) là loại p, có hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống. Tạp chất axepto sinh ra lỗ trông nhưng không sinh ra electron tự do.

5. Lớp chuyển tiếp p-n

– Lớp chuyển tiếp p-n là chồ tiếp xúc của miền mang tính dần p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn. Ở lớp chuyển tiếp p-n, hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo có điện trở rất lớn.

– Dòng điện chỉ chạy qua được lớp chuyển tiếp p-n theo chiệu từ p sang n.

– Lớp chuyến tiếp p-n được dùng làm điôt bán dẫn để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

6. Tranzito lưỡng cực n-p-n

– Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2 gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n.

– Tranzito có khả năng khuếch đại tín hiệu dùng trong các bộ khuếch đại.

– Tranzito có ba cực: cực góp (colecto C); cực gổc (bazo B); cực phát (emito E).

B. CÂU HỎI VẬN DỤNG

C1. So sánh điện trỏ suất gemani tinh khiết, gemani tạp chất gali với tỉ lệ 10-6% và 10-3% o nhiệt độ phòng với điện trở suất của các kim loại.

Hướng dẫn

Ta có: p (kim loại) « p (gemanil0~6%)

                            « p (gemani 10-3%) « p (gemani tinh khiết) 

C2. Vì sao ở hai bên lớp nghèo lại có thể có các iôn dương và iôn âm?

Hướng dẫn

Ở hai bên lớp nghèo lại có thể có các iôn dương và iôn âm. Vì ở hai bên lớp này là hai loại bán dẫn n và p. Trong bán dẫn n, tạp chất đô no cho tinh thể các electron dẫn và có các iôn tích điện dương. Trong bán dẫn

р, tạp chất axepto nhận electron liên kết và có các iôn tích điện âm.

C3. Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền n mỏng kẹp giữa hai miền p có thể gọi là tranzito được không?

Hướng dẫn

Được. Đó là Tranzito n-p-n.

C. CÂU HỎI – BÀI TẬP

1. Tính chất điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như thế nào?

Hướng dẫn

– Kim loại là chất dẫn điện tốt còn tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc vào điện trở suất của nó. Điện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi, nó giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, do đó ở nhiệt độ thấp, bán dần dẫn điện rất kém (giông như điện môi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dần điện tốt (giông như kim loại).

– Trong kim loại, chỉ có một loại hạt tải điện là electron tự do, còn trong bán dẫn thì có hai loại hạt tải điện là electron tự do và lỗ trông.

2. Điểm khác nhau chính giữa nguyên tử đôno và axepto đối với Si là gì?

Hướng dẫn

So với silic, đôno là các nguyên tố có năm electron hóa trị tức là nhiều hơn một electron so với silic, electron thừa đó dễ dàng trở thành electron tự do. Axepto là các nguyên tử chi có ba electron hóa trị tức là ít hơn một electron so với silic, muốn liên kết với các nguyên tử Si lân cận chúng nhận một electron liên kết và sinh ra một lồ trông.

3. Mô tả cách sinh ra electron và lỗ trông trong bán dẫn tinh khiết, bán dẫn n và p.

Hướng dẫn

– Trong bán dẫn tinh khiết, khi một electron bứt ra khỏi môi lên kết, nó trở thành hạt tải điện gọi là electron dẫn. Chồ liên kết bị đứt (do electron thoát ra) mang điện tích dương, nó cũng được xem là hạt tải điện và gọi là lỗ trống.

– Trong bán dẫn n, khi pha tạp P, As,… là các nguyên tố có năm electron hóa trị vào Si có bốn electron hoá trị, chúng chỉ cần bon electron hóa trị đế liên kết với bốn nguyên tử Si lân cận, electron thứ năm dề dàng trở thành electron tự do, nên mồi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Mặt khác chuyển động nhiệt cũng tạo một sô’ electron và lỗ trông nhưng số lượng nhỏ hơn.

– Trong bán dẫn loại p, khi pha tạp B, Al,… là các nguyên tố có ba electron hóa trị vào Si có bốn electron hóa trị, chúng phải lấy một electron của nguyên tử Si lân cận để có bốn mối liên kết. Như vậy chúng nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống.

4. Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều nào?

Hướng dẫn

Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều từ p sang n.

5. Khi nào thì xem một lớp bán dẫn p kẹp giữa hai lớp bán dẫn trên một tinh thể được xem là một tranzito n-p-n?

Hướng dẫn

Một lớp bán dẫn p kẹp giữa hai lớp bán dẫn n trên một tinh thể được xem là một tranzito n-p-n khi miền p là mỏng để có thể gây ra hiệu ứng tranzito.

6. Phát biểu nào dưới đây là chính xác?

Người ta gọi Si là chất bán dẫn vì:

A. nó không phải kim loại cũng không phải là điện môi.

B. hạt tải điện trong đó có thể là electron và lỗ trông.

C. điện trở suất của nó rất nhạy cảm với nhiệt độ, tạp chất và các tác nhân iôn hóa khác.

D. Cả ba lí do trên.

Hướng dẫn

Chọn câu D.

7. Phát biếu nào sau đây về tranzito là chính xác?

A. Một lớp bán dẫn loại p kẹp giữa lớp bán dẫn loại n gọi là tranzito n-p-n.

B. Một lớp bán dẫn loại n mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại p không thể xem là tranzito.

C. Một lớp bán dẫn loại p mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n luôn có khả năng khuyếch đại.

D. Trong tranzito n-p-n, bao giờ mật độ hạt tải điện miền êmitơ cũng cao hơn miền bazơ.

Hướng dẫn

Chọn câu D.

Từ khóa: , ,