Dòng điện trong chất bán dẫn - Vật lý 11

Cunghocvui gửi đến bạn học kiến thức vật lý 11 dòng điện trong chất bán dẫn như khái niệm, bản chất dòng điện trong chất bán dẫn, những hiện tượng dòng điện trong chất bán dẫn, hay như các ứng dụng của dòng điện trong chất bán dẫn,... Và cùng với bài tập luyện tập ở phía dưới.

I) Tìm hiểu chung

1. Khái niệm về chất bán dẫn

- Khái niệm: Trong khoảng trung gian giữa kim loại và chất điện môi chứa những chất có điện trở suất được gọi là chất bán dẫn. 

- Các chất tiểu biểu nhất trong nhóm vật liệu bán dẫn là Gecmani và Silic.

- Tính chất:

• Điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết ở nhiệt độ thấp rất lớn.
• Hệ số điện trở có giá trị âm và điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng.
• Khi pha một ít tạp chất vào chất bán dẫn thì điện trở suất giảm rất mạnh.
• Điện trở suất cũng giảm đang kể khi bị chiếu ánh sáng (hoặc bị tác dụng bởi các tác nhân ion hóa khác).

2. Dòng điện trong chất bán dẫn là gì?

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

- Dòng chuyển dời có hướng của các lỗ trống theo chiều điện trường và các electron ngược chiều là bản chất dòng điện trong chất bán dẫn

• Số electron và số lỗ trống bằng nhau khi ở bán dẫn tinh khiết
• Khi nhiệt độ tăng thì độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết cũng tăng.

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

1. Bán dẫn loại n

- Khái niệm: Chất bán dẫn mà hạt tải điện trong đó có mang điện âm được gọi là bán dẫn loại n.

- Hạt tải điện là electron

- Tạp chất: Bán dẫn loại n là tạp chất cho (ddonoo), sinh ra electron dẫn, những nguyên tố có 5e hóa trị nhự P, As,...thường là tạp chất cho.

2. Bán dẫn loại p

- Khái niệm: Chất bán dẫn mà hạt tải điện trong đó mang điện dương được gọi là bán dẫn loại p

- Hạt tải điện là lỗ trống

- Tạp chất là tạp chất nhận (axepto), chúng nhận electron và sinh ra lỗ trống, thường là nguyên tố có 3e hóa trị như Al, B,...

3. Lớp chuyển tiếp p - n

Khái niệm: Chỗ tiếp xúc được tạo ra trên một bán dẫn giữa miền mang tính dẫn \(p\) và miền mang tính dẫn \(n\) được gọi là lớp chuyển tiếp \(p-n\).

a) Lớp nghèo

- Lớp không có hoặc có rất ít các hạt tải điện ở lớp chuyển tiếp \(p-n\) được gọi là lớp nghèo.

- Về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương

- Về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm

- Lớp nghèo có điện trở rất lớn

b) Dòng điện chạy qua lớp nghèo

- Thí nghiệm dòng điện trong chất bán dẫn:

Theo chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n, ta đặt một điện trường thì:

• Lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy cùng chiều điện trường vào lớp nghèo
• Electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo.

=> Ta thu được "Quy ước":

• Chiều thuận là chiều dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n
• Chiều ngược là chiều dòng điện không qua lớp nghèo từ p sang n

c) Hiện tượng phun hạt tải điện

- Theo chiều thuận, dòng điện đi qua chuyển tiếp từ p sáng n thì các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi sang miền đối điện. Vậy ta nói từ miền này sang miền khác có hiện tượng phun hạt tải điện.

- Mức tối đa mà các hạt tải điện có thể đi là 0,1mm, bởi vì cả hai miền \(p\) và \(n\) lúc này đều có \(electron\) và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau rồi biến mất theo từng cặp.

III) Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

- Khái niệm: Điôt bán dẫn thực chất nó chỉ là một lớp chuyển tiếp p - n và nó chỉ cho dòng điện đi qua theo chiều từ p sang n, vì thế nên nó có tính chỉnh lưu.

- Ứng dụng: Dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biển mạch xoay chiều thành điện một chiều

(Một số Điôt bán dẫn)

IV) Tranzito

1) Hiệu ứng Tranzito là gì?

a) Thí nghiệm

Xét tinh thể bán dẫn \(n_1 - p - n_2\), ba điện cực \(B, C, E\)

Mật độ electron ở \(n_2 >>\) mật độ lỗ trống ở p

Điện áp thuận \(U_{BE}\), \(U_{CE}\) lớn (khoảng 10V)

=> Trường hợp 1: Miền p rất dày, \(n_1 \ và \ n_2 \) cách ra nhau, khi đó: 

• Lớp \(n_1 - p\) phân cực ngược, \(R_{CB}\) lớn
• Lớp \(p - n_2\) phân cực thuận, electron phun từ \(n_2\) sang \(p\), không đến được lớp \(p-n_1\) và không ảnh hưởng tới \(R_{CB}\)

=> Trường hợp 2: Miền p rất mỏng, \(n_1 \ và \ n_2\) rấ gần nhau, khi đó:

\(R_{CB}\) giảm đáng kể khi electron từ \(n_2\) phun vào \(p\) và lan sang \(n_1\).

b) Khái niệm: Hiệu ứng tranzito là hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở \(R_{CB}\)

2) Tranzito lưỡng cực \(n-p- n\)

(a - Mô hình; b - Cấu trúc thực; c - Kí hiệu của tranzito n-p-n)

- Khái niệm: Tranzito lưỡng cực \(n-p- n\) là những tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền \(n_1 \ và \ n_2\).

- Các cực của tranzito:

• Cực C: Cực góp hay coletơ
• Cực B; Cực đáy hay cực gốc (hoặc bazơ)
• Cực E: Cực phát hay emitơ

- Ứng dụng của tranzito lưỡng cực \(n-p- n\)

• Dùng ddeeer lắp mạch khuếch đại
• Khóa điện tử

V) Bài tập

Câu 1: Bán dẫn loại n là bán dẫn có hạt tải điện âm, còn bán dẫn loại p là bán dẫn có hạt tải điện dương? Đúng hay sai?

A. Đúng

B. Sai

=> Đáp án đúng: A

Câu 2: Từ miền này sang miền khác có hiện tượng phun hạt tải điện không?

A. Không

B. Có

=> Đáp án đúng: B

Câu 3: Tranzito lưỡng cực \(n-p- n\) có mấy cực? Tên kí hiệu của các cực đó?

A. 2 cực. Cực A và cực B

B. 3 cực. Cực A, cực B, cực C

C. 4 cực, Cực C, cực B, cực E, cực F

D. Tất cả đều sai

=> Đáp án đúng: D. Vì tranzito lưỡng cực \(n-p- n\) có ba cực là cực C, cực B và cực E.

Câu 4: Đâu là phát biểu không đúng về tính chất của chất bán dẫn?

A. Chất bán dẫn có điện trở suất lớn hơn so với kim loại.

B. Khi pha một ít tạp chất vào chất bán dẫn thì điện trở suất giảm mạnh

C. Điện trở suất của chất bán dẫn khi tiếp xúc với anh sáng giảm mạnh

D. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh

=> Đáp án đúng: D. Vì khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh.

Câu 5: Khi vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn, điện trở của nó như thế nào?

A. bằng không

B. vô cùng nhỏ

C. vô cùng lớn

D. \(+ \infty \)

=> Đáp án: A

Xem thêm >>> Giải bài tập Dòng điện trong chất bán dẫn

Trên đây là những kiến thức lý thuyết về dòng điện trong chất bán dẫn mà Cunghocvui muốn gủi đến bạn học, mong rằng những kiến thức như dòng điện trong chất bán dẫn là gì, hiện tượng dòng điện trong chất bán dẫn, các ứng dụng của dòng điện trong chất bán dẫn,... sẽ giúp ích cho bạn. Nếu thấy hay đừng quên like và share nhé!