Bài tập về dòng điện trong chất bán dẫn

§17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHAT BÁN DAN A/ KIẾN THỨC Cơ BẨN 1. Chát bán dẫn: Một nhóm vật liệu mà tiêu biểu là gemani và silic được gọi là chất bán dẫn. Tính chát của chát bán dẫn: Điện trở suât 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. Điện trở suất của chất bán dẫn rất nhạy cảm với tạp chất. Điện trở suất của chất bán dẫn giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác động của các tác nhân ion hóa khác. Bản chát dòng điện trong chát bán dẫn: Là dòng các electron dẫn chuyến động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trông chuyển động cùng chiều điện trường. Tạp châ't cho (đôno) và tạp châ't nhận (axepto): Bán dần chứa đôno (tạp chất cho) là loại n, có hạt tải điện chủ yếu là electron. Tạp chất đôno sinh ra electron dẫn nhưng không sinh ra lỗ trống. Bán dẫn chứa axepto (tạp châ't nhận) là loại p, có hạt tải điện chủ yếu là lỗ trông. Tạp chát axepto sinh ra lỗ trông nhưng không sinh ra electron tự do. Lớp chuyển tiếp p-n: Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dần n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn. ơ 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 chiều từ p sang n. Lớp chuyển tiếp p-n được dùng làm điôt bán dẫn để chỉnh lưư dòng điện xoay chiều. 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 11] 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 (colectơ C); cực gốc (bazơ B); cực phát (emitơ E). B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Cj. So sánh điện trớ suất của geniani tinh khiết, gemani pha tạp gali với ti lệ 10"6% và 10 3% ở nhiệt độ phòng với điện trở suất cùa các kim loại. C2. Vì sao ở hai bên lớp nghèo lại có các ion dương và ion âm? C3. Tinh thể bán dẫn được pha tạp đê tạo ra một miền n mỏng kẹp giữa hai miền p có thế’ gọi là tranzito được không? Hướng dẩn giải Cj. So sánh điện trở suất của gemani tinh khiết, gemani pha tạp gali với tỉ lệ icr6% và 10~:!% ở nhiệt độ phòng với điện trở suất của các kim loại. Gọi pi là điện trở suất của gemani tinh khiết. p2 là điện trở suất của gemani pha tạp gali với tỉ lệ 10 ‘6% p3 là điện trở suất của gemani pha tạp gali với tỉ lệ 10~3% p.( là điện trở suất của kim loại. Ta có: Pl > P2 > P3 > Pt c2. ơ hai bên lớp nghèo có các ion dương và ion âm vì: phía bán dẫn loại n bị mất electron nên chứa ion âm, phía bán dẫn loại p bị mất lỗ trống nên chứa ion dương. c3. Tinh thể làm bán dẫn pha tạp đế’ tạo ra một miền n mỏng kẹp giữa hai miền p gọi là tranzito lưỡng cực p-n-p. c/ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SAU BÀI HỌC Tính dẫn điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như thế nào? Điếm khác nhau chính giừa nguyên tử đôno và axepto đối với silic là gì? Mô tả cách sinh ra electron và lỗ trông trong bán dẫn tinh khiết, bán dần n và p. Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyến tiếp p-n theo chiều nào? Khi nào thì một lớp bán dẫn p kẹp giữa hai lớp bán dần n trên một tinh thế được xem là một tranzito n-p-n? Phát biêu nào dưới đây là chính xác? Người ta gọi silic là chất bán dẫn vì nó không phải là kim loại, cũng không phải là điện môi. hạt tải điện trong đó có thế’ là electron và lỗ trông. c. điện trớ suất cùa nó rất nhạy cảm với nhiệt độ, tạp chât, và các tác nhân ion hóa khác. D. Cả ba lí do trên. Phát biểu nào dưới đày về tranzit.0 là chính xác? Một lớp bán dần loại p kẹp giũa hai lớp bán dẫn loại n là tranzito n-p-n. Một lớp bán dẫn ri mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại p không thề' xem là tranzito. c. Một lớp bán dẫn loại p mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n luôn có khả năng khuếch đại. D. Trong tranzito n-p-n, bao giờ mật độ hạt tái điện miền êmitơ cũng cao hơn miền bazơ. tluớng dẩn giái Tính chất điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như sau: Đôi với kim loại: khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất tăng, tính dẫn điện giảm. Đôi với bán dẫn: khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất giảm, tính dẫn điện tăng. Điếm khác nhau chính, giữa nguyên tử đôno và axepto đối với silic là: Nguyên tử đôno là nguyên tử tạp chất cho tinh thể silic một electron dẫn. Nguyên tử axepto là nguyên tử tạp chất nhận một electron liên kết và sinh ra lỗ trống. - Cách sinh ra electron và lổ trống trong bán dần tinh khiết Trong bán dẫn silic tinh khiết, mỗi nguyên tử silic có bôn electron hóa trị nên vừa đủ để liên kết với bôn nguyên tử lân cận. Các electron hóa trị không tham gia vào việc dẫn điện. Khi nhiệt độ tăng, nếu một electron bị đứt khỏi mối liên kết sẽ trở thành hạt tải điện là electron dẫn và đế lại lỗ trống mang điện dương. Khi một electron ở mốì liên kết của nguyên tử silic lân cận chuyển đến lỗ trống thì môi liên kết sẽ di chuyển ngược lại, nên ta xem trong silic có hạt tải điện là electron và lỗ trống. Cách sinh ra electron và lỗ trống trong bán dẫn loại n. Khi pha tạp p, As,... là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic, chúng chỉ cần dùng bôn electron hóa trị đế liên kết với bôn nguyên tử silic lân cận. Electron thứ năm dễ trở thành electron tự do, nên mỗi nguyên tử tạp chất cho tinh thể một electron dẫn, ta gọi là đôno. Mặt khác do chuyển động nhiệt cũng có electron và lỗ trống tạo ra nhưng số lượng lỗ trống ít hơn. Hạt mang điện trong bán dẫn loại n chủ yếu là electron. Trong bán dẫn loại p: khi pha thêm B, Al... là các nguyên tử có ba electron hóa trị vào silic, chúng phải lây một electron của nguyên tử silic lân cận để đủ bôn môi liên kết. Chúng nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống nên gọi là axepto. Hạt mang điện trong bán dẫn loại p chủ yếu là lỗ trống. Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp theo chiều từ p đến n Một lớp bán dẫn p rất mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn n trên một tinh thế được xem là một tranzito n-p-n. D. D. Bán dẫn p phải mỏng. Lớp bán dẫn loại mỏng n kẹp giữa hai bán dẫn loại p là tranzito p-n-p c. Một lớp bán dẫn loại p mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n không phải luôn có khả năng khuếch đại. D. Bao giờ mật độ hạt tải điện miền êmitơ cùng cao hơn miền bazơ.

Bài 17 dòng điện trong chất bán dẫn Lý 11. Giải bài 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 trang 106 Sách giáo khoa Vật lí 11. Tính chất điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như thế nào; Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều nào?

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

Trước hết phải khằn định rằng kim loại là chất dẫn điện tốt. Trong khi đó, bán dẫn có những tính chất khác biệt so với kim loại:

+Điện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi.

+ Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đó, ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện kém (giống như điện môi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim loại)

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

Câu 2: So với Silic, đono 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 chỉ có ba electron hóa trị (tức ít hơn so với silic một electron hóa trị), muốn liên kết với các nguyên tử silic lân cận chúng nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống.

Câu 3: – Trong bán dẫn tinh khiết, khi một electron bứt ra khỏi một liên kếtm nó trở thành hạt tải điện gọi là electron dẫn. Chỗ liên kết bị đứt (do electron thoát ra) mang điện tích dương, nó được xem là hạt tải điện và gọi là lỗ trống.

– Trong chất bán dẫn loại n, khi pha tạp P, As,.. là các nguyên tố có chứa năm electron hóa trị vào Si có bốn electron hóa trị, chúng chỉ cần bốn electron hóa trị để liên kết với bốn nguyên tử Si lân cận, electron thứ năm dễ dàng trở thành electron tự do, nên mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Mặt khác chuyển động nhiệt cũng tạo ra một số electron và lỗ trống nhưng số lượng nhỏ hơn.

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

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

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

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

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.

Bài 6: Phát biểu nào dưới đây là chính xác?

Người ta gọi silic là chất bán dẫn vì

A. Nó không phải là kim loại, cũng không phải là điện môi

B. Hạt tải điện trong đó có thể là êlectron và lỗ trống

C. Điện trở suất của nó rất nhạy cảm với nhiệt độ, tạp chất, và các tác nhân ion hoá khác.

D. Cả ba lí do trên