Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 1: Giới thiệu về bán dẫn - Lê Thị Kim Anh
GIꢀI THIꢁU MÔN HꢂC
Tên môn hꢀc
Phân phꢁi giơ
Sô tín chꢅ
: Kꢃ THUꢄT ðIꢁN Tꢅ
: 42 tiꢃt
: 2 – Kiꢆm tra: 20%
: Lê Thi Kim Anh
: [email protected]u.vn
Thi: 80% (trꢇc nghiꢈm)
GV phu trách
Email
Tài liꢀu tham khꢁo:
ꢊTheodore F.Bogart, JR
ꢂ Electronic devices and Circuits
2nd Ed. , Macmillan 1991
ꢊ Millman & Taub
ꢂ Pulse digital and switching waveforms
McGrawꢀHill
ꢊ Savant, Rodent, Carpenter ꢂ Electronic Design – Circuits and Systems
ꢊ Lê Phi Yꢃn, Nguyꢄn Như Anh, Lưu Phu
ꢂ Ky thuꢈt ñiꢉn tư
NXB Khoa hꢁc ky thuꢃt
Chương 1
GIꢀI THIꢁU Vꢋ BÁN DꢌN
1.1 Vꢈt liꢉu bán dꢏn
ꢍ Dꢎa trên tính dꢏn ñiꢉn, vꢈt liꢉu bán dꢏn không
phꢐi là vꢈt liꢉu cách ñiꢉn mà cũng không phꢐi là vꢈt
liꢉu dꢏn ñiꢉn tꢑt.
ꢍ ðꢑi vꢒi vꢈt liꢉu dꢆn ñiꢀn, lꢒp vꢓ ngoài cùng cꢔa
nguyên tꢕ có rꢖt ít các electron, nó có khuynh hưꢒng
giꢐi phóng các electron này ñꢗ tꢘo thành electron tꢎ
do và ñꢘt ñꢙn trꢘng thái bꢚn vꢛng.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
2
ꢍ Vꢈt liꢉu cách ñiꢀn lꢘi có khuynh hưꢒng giꢛ lꢘi các
electron lꢒp ngoài cùng cꢔa nó ñꢗ có trꢘng thái bꢚn
vꢛng.
ꢍ Vꢈt liꢉu bán dꢆn, nó có khuynh hưꢒng ñꢘt ñꢙn
trꢘng thái bꢚn vꢛng tꢇm thꢈi bꢜng cách lꢖp ñꢝy lꢒp
con cꢔa lꢒp vꢓ ngoài cùng.
ꢍ Các chꢖt bán dꢏn ñiꢗn hình như Gecmanium
(Ge), Silicium (Si),.. Là nhꢛng nguyên tô thuꢟc
nhóm 4 nꢜm trong bꢐng hê thꢑng tuꢝn hoàn.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
3
Ví du vê nguyên tư bán dꢆn Silicon (Si)
Nguyên tꢕ bán dꢏn Si, có 4 electron ꢠ lꢒp ngoài cùng.
Hꢄt nhân
mꢀt nꢁa liên
kꢂt hóa trꢃ
liên kꢂt
hóa trꢃ
Liên kꢃt hóa trꢌ
trong tinh thê
bán dꢆn Si
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
4
1.2 Dòng ñiꢉn trong bán dꢏn
ꢍ Trong vꢈt liꢉu dꢏn ñiꢉn có rꢖt nhiꢚu electron tꢎ do.
ꢍ Khi ꢠ ñiꢚu kiꢉn môi trưꢡng, nꢙu ñưꢢc hꢖp thu mꢟt
năng lưꢢng nhiꢉt các electron này sꢣ ñưꢢc giꢐi
phóng khꢓi nguyên tư.
ꢍ Khi các electron này chuyꢗn ñꢟng có hưꢒng sꢣ sinh
ra dòng ñiꢉn.
ꢍ ðꢑi vꢒi vꢈt liꢉu bán dꢏn, các electron tꢎ do cũng
ñưꢢc sinh ra mꢟt cách tương tư.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
5
ꢍ Tuy nhiên, năng lưꢢng cꢝn ñꢗ giꢐi phóng các electron
này lꢒn hơn ñꢑi vꢒi vꢈt liꢉu dꢏn ñiꢉn vì chúng bꢤ ràng
buꢟc bꢠi các liên kꢙt hóa trꢤ.
Giꢁn ñô năng lưꢍng
ꢍ ðơn vꢤ năng lưꢢng qui ưꢒc trong các giꢐn ñꢥ này là
electronvolt (eV).
ꢍ Mꢟt electron khi muꢑn trꢠ thành mꢟt electron tꢎ do
phꢐi hꢖp thu ñꢔ mꢟt lưꢢng năng lưꢢng xác ñꢤnh.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
6
ꢍ Năng lưꢢng này phꢦ thuꢟc vào dꢘng nguyên tꢕ và
lꢒp mà electron này ñang chiꢙm.
ꢍ Năng lưꢢng này phꢐi ñꢔ lꢒn ñꢗ phá vꢧ liên kꢙt hóa
trꢤ giꢛa các nguyên tꢕ.
ꢍ Thuyꢙt lưꢢng tꢕ cho phép ta nhìn mô hình nguyên
tꢕ dꢎa trên năng lưꢢng cꢔa nó, thưꢡng ñưꢢc biꢗu
diꢨn dưꢒi dꢘng giꢐn ñꢥ năng lưꢢng.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
7
ꢍ Các electron cũng có thꢗ di chuyꢗn tꢩ lꢒp bên trong
ñꢙn lꢒp bên ngoài trong nguyên tꢕ bꢜng cách nhꢈn
thêm mꢟt lưꢢng năng lưꢢng bꢜng vꢒi chênh lꢉch
năng lưꢢng giꢛa hai lꢒp.
ꢍ Ngưꢢc lꢘi, các electron cũng có thꢗ mꢖt năng lưꢢng
và trꢠ lꢘi vꢒi các lꢒp có mꢪc năng lưꢢng thꢖp hơn.
ꢍ Các electron tꢎ do cũng vꢈy, chúng có thꢗ giꢐi
phóng năng lưꢢng và trꢠ lꢘi lꢒp vꢓ ngoài cùng cꢔa
nguyên tꢕ.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
8
ꢍ Khi nhìn trên mꢟt nguyên tꢕ, các electron trong
nguyên tꢕ sꢣ ñưꢢc sꢫp xꢙp vào các mꢪc năng lưꢢng
rꢡi rꢘc nhau tùy thuꢟc vào lꢒp và lꢒp con mà electron
này chiꢙm. Các mꢪc năng lưꢢng này giꢑng nhau cho
mꢬi nguyên tꢕ.
ꢍ Tuy nhiên, khi nhìn trên toàn bꢟ vꢈt liꢉu, mꢭi
nguyên tꢕ còn chꢤu ꢐnh hưꢠng tꢩ các tác ñꢟng khác
nhau bên ngoài nguyên tꢕ. Do ñó, mꢪc năng lưꢢng
cꢔa các electron trong cùng lꢒp và lꢒp con có thꢗ
không còn bꢜng nhau giꢛa các nguyên tꢕ.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
9
Giꢁn ñꢎ vùng năng lưꢍng cꢏa mꢐt sꢑ vꢒt liꢀu.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
10
Nhꢒn xét
ꢍ Sꢑ electron tꢎ do trong vꢈt liꢉu phꢦ thuꢟc rꢖt nhiꢚu
vào nhiꢉt ñꢟ và do ñó ñꢟ dꢏn ñiꢉn cꢔa vꢈt liꢉu cũng
vꢈy.
ꢍ Nhiꢉt ñꢟ càng cao thì năng lưꢢng cꢔa các electron
càng lꢒn.
ꢍ Vꢈt liꢉu bán dꢏn có hꢉ sꢑ nhiꢉt ñiꢉn trꢠ âm.
ꢍ Vꢈt liꢉu dꢏn ñiꢉn có hꢉ sꢑ nhiꢉt ñiꢉn trꢠ dương.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
11
1.2.1 Lô trꢑng va dòng lô trꢑng
ꢍ Vꢈt liꢉu bán dꢏn tꢥn tꢘi
mꢟt dꢘng hꢘt dꢏn khác
ngoài electron tꢎ do.
ꢍ Mꢟt electron tꢎ do xuꢖt
hiꢉn thì ñꢥng thꢡi nó cũng
sinh ra mꢟt lꢭ trꢑng
(hole).
ꢍLꢭ trꢑng ñưꢢc qui ưꢒc là
hꢘt dꢏn mang ñiꢉn tích
dương.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
12
ꢍ Dòng di chuyꢗn có hưꢒng cꢔa lô trꢑng ñưꢢc gꢬi là
dòng lꢭ trꢑng trong bán dꢏn.
ꢍ Khi lꢭ trꢑng di chuyꢗn tꢩ phꢐi sang trái cũng ñꢥng
nghĩa vꢒi viꢉc các electron lꢒp vꢓ ngoài cùng di
chuyꢗn tꢩ trái sang phꢐi.
ꢍ Có thꢗ phân tích dòng ñiꢉn trong bán dꢏn thành hai
dòng electron: dòng electron tư do va dòng electron ꢠ
lꢒp vo ngoài cùng.
ꢍ Nhưng ñꢗ tiꢉn lꢢi ngưꢡi ta thưꢡng xem như dòng
ñiꢉn trong bán dꢏn là do dòng electron và dòng lꢭ
trꢑng gây ra.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
13
ꢍ Ta thưꢡng gꢬi electron tꢎ do và lꢭ trꢑng là hꢘt dꢏn
vì chúng có khꢐ năng chuyꢗn ñꢟng có hưꢒng ñꢗ sinh
ra dòng ñiꢉn.
ꢍ Khi mꢟt electron tꢎ do và lꢭ trꢑng kꢙt hꢢp lꢘi vꢒi
nhau trong vùng hóa trꢤ, các hꢘt dꢏn bꢤ mꢖt ñi, và ta
gꢬi quá trình này là quá trình tái hꢍp hꢇt dꢆn.
ꢍ Viꢉc phá vꢧ mꢟt liên kꢙt hóa trꢤ sꢣ tꢘo ra mꢟt
electron tꢎ do và mꢟt lꢭ trꢑng, do ñó sꢑ lưꢢng lꢭ
trꢑng sꢣ luôn bꢜng sꢑ lưꢢng electron tꢎ do. Bán dꢏn
này ñưꢢc gꢬi là bán dꢏn thuꢝn hay bán dꢏn nꢟi tꢘi
(intrinsic).
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
14
ꢊ Ta có:
ni = pi
ni: mꢈt ñô eletron (electron/cm3)
pi: mꢈt ñô lô trꢑng (lô trꢑng/cm3)
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
15
1.2.2 Dòng trôi
ꢍ Khi mꢟt hiꢉu ñiꢉn thꢙ ñưꢢc ñꢯt lên hai ñꢝu bán
dꢏn, ñiꢉn trưꢡng sꢣ làm cho các electron tꢎ do di
chuyꢗn ngưꢢc chiꢚu ñiꢉn trưꢡng và các lꢭ trꢑng di
chuyꢗn cùng chiꢚu ñiꢉn trưꢡng.
ꢍ Cꢐ hai sꢎ di chuyꢗn này gây ra trong bán dꢏn mꢟt
dòng ñiꢉn có chiꢚu cùng chiꢚu ñiꢉn trưꢡng ñưꢢc gꢬi
là dòng trôi (drift current).
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
16
ꢍ Dòng trôi phꢦ thuꢟc nhiꢚu vào khꢐ năng di
chuyꢗn cꢔa hꢘt dꢏn trong bán dꢏn, khꢐ năng di
chuyꢗn ñưꢢc ñánh giá bꢜng ñꢟ linh ñꢟng cꢔa hꢘt
dꢏn. ðꢟ linh ñꢟng này phꢦ thuꢟc vào loꢘi hꢘt dꢏn
cũng như loꢘi vꢈt liꢉu.
Silicon
Germanium
ꢀn=0.14 (m2/V.s) ꢀn=0.38 (m2/V.s)
ꢀp=0.05 (m2/V.s) ꢀp=0.18 (m2/V.s)
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
17
ꢍ Vꢈn tꢑc cꢔa hꢘt dꢏn trong ñiꢉn trưꢡng E:
vn = E.ꢀn
vp = E.ꢀp
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
18
ꢍ Mꢈt ñꢟ dòng ñiꢉn J:
J = Jn + Jp
= nqn ꢀnE + pqp ꢀpE
= nqn vn + pqp vp
Vꢒi:
J: mꢈt ñꢟ dòng ñiꢉn (A/m2) ; E cưꢡng ñô ñiꢉn trưꢡng(V/m)
n, p: mꢈt ñꢟ electron tꢎ do và lꢭ trꢑng, (hꢘt dꢏn/m3)
qn, qp: ñơn vꢤ ñiꢉn tích electron = 1.6 x 10ꢍ19 C
ꢀn, ꢀp: ñꢟ linh ñꢟng cꢔa electron tꢎ do và lꢭ trꢑng (m2/Vs)
vn, vp: vꢈn tꢑc electron tꢎ do và lꢭ trꢑng, (m/s)
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
19
Ví du 1ꢂ1
Mꢟt hiꢉu ñiꢉn thꢙ ñưꢢc ñꢯt lên hai ñꢝu cꢔa mꢟt
thanh bán dꢏn thuꢝn trong hình ve.
Giꢐ sꢕ: ni=1.5x1010 electron/cm3; ꢀn= 0.14m2/Vs
ꢀp=0.05m2/Vs
Tìm:
1. Vꢈn tꢑc electron tꢎ do và lꢭ trꢑng;
2. Mꢈt ñꢟ dòng electron tꢎ do và lꢭ trꢑng;
3. Mꢈt ñꢟ dòng tꢰng cꢟng;
4. Dòng tꢰng cꢟng trong thanh bán dꢏn.
Bài giꢀng môn Kꢁ thuꢂt ðiꢃn tꢄ
GV: Lê Thꢅ Kim Anh
20
Tải về để xem bản đầy đủ
54 trang
13960
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 1: Giới thiệu về bán dẫn - Lê Thị Kim Anh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_dien_tu_chuong_1_gioi_thieu_ve_ban_dan_l.pdf
