Nhận biết (M1)

Nêu khái niệm lỗ trống, bán dẫn thuần, bán dẫn tạp chất, sự hình thành lớp tiếp xúc, tính dẫn điện của lớp tiếp xúc giữa hai bán dẫn loại p và n . Trình bày về transistor và tính chất khuếch đại.

Đáp án đúng:

Giải thích đáp án:

+ Lỗ trống

Lỗ trống là vị trí thiếu electron trong liên kết hóa trị của bán dẫn.

Khi một electron rời khỏi liên kết, tại đó xuất hiện một lỗ trống.

Lỗ trống được xem như một hạt tải điện mang điện tích dương . Khi các electron lân cận dịch chuyển để lấp chỗ trống, lỗ trống coi như chuyển động theo chiều ngược lại.

+ Bán dẫn thuần

Bán dẫn thuần là bán dẫn tinh khiết, không pha tạp chất, ví dụ Si hoặc Ge tinh khiết.

Ở nhiệt độ thấp, bán dẫn thuần dẫn điện rất kém. Khi được cung cấp năng lượng, một số electron từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn, tạo ra đồng thời electron tự do và lỗ trống.

Trong bán dẫn thuần, số electron tự do bằng số lỗ trống

+ Bán dẫn tạp chất

Bán dẫn tạp chất là bán dẫn thuần được pha thêm một lượng nhỏ nguyên tử tạp chất để làm tăng khả năng dẫn điện.

Có hai loại chính: bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.

+ Sự hình thành lớp tiếp xúc p-n

Khi ghép bán dẫn loại p với bán dẫn loại n , ta được lớp tiếp xúc p-n.

Do sự chênh lệch nồng độ hạt tải:

Electron từ vùng n khuếch tán sang vùng p .

Lỗ trống từ vùng p khuếch tán sang vùng n .

Tại vùng tiếp giáp, electron và lỗ trống tái hợp với nhau, làm xuất hiện vùng nghèo hạt tải gọi là lớp điện tích không gian hay lớp nghèo.

Trong lớp này tồn tại các ion cố định:

Phía n còn lại ion dương.

Phía p còn lại ion âm.

Do đó hình thành điện trường tiếp xúc hướng từ phía n sang phía p. Điện trường này tạo ra một hàng rào thế, cản trở sự khuếch tán tiếp tục của các hạt tải điện.

+ Tính dẫn điện của lớp tiếp xúc

Khi phân cực thuận:

Cực dương nối với bán dẫn p.

Cực âm nối với bán dẫn n.

Hàng rào thế giảm, lớp nghèo hẹp lại.

Hạt tải dễ đi qua lớp tiếp xúc nên dòng điện chạy qua lớn.

Khi phân cực ngược:

Cực dương nối với bán dẫn n .

Cực âm nối với bán dẫn p.

Hàng rào thế tăng, lớp nghèo rộng ra.

Dòng điện rất nhỏ, chỉ còn dòng do hạt tải thiểu số gây ra.

Vì vậy, lớp tiếp xúc p-n có tính chất dẫn điện một chiều.

+ Transistor

Transistor lưỡng cực là linh kiện bán dẫn gồm ba miền bán dẫn ghép liên tiếp, tạo thành hai lớp tiếp xúc p-n.

Có hai loại transistor: n-p-n và p-n-p.

Ba cực của transistor gồm:

Emitter : cực phát, thường pha tạp mạnh.

Base : cực gốc, rất mỏng và pha tạp yếu.

Collector : cực góp, thu hạt tải điện.

Xét transistor npn:

Emitter là bán dẫn loại , phát electron.

Base là bán dẫn loại p, rất mỏng.

Collector là bán dẫn loại n, thu electron.

Khi transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại:

Tiếp xúc Emitter-Base được phân cực thuận.

Tiếp xúc Collector-Base được phân cực ngược.

Electron từ emitter đi qua base. Do base rất mỏng nên chỉ một phần nhỏ electron tái hợp tạo ra dòng base , còn phần lớn bị điện trường kéo sang collector tạo ra dòng .

Vì vậy: và

trong đó là hệ số khuếch đại dòng điện, thường có giá trị lớn.

+ Tính chất khuếch đại:

Một sự thay đổi nhỏ của dòng base có thể gây ra sự thay đổi lớn của dòng collector . Vì vậy transistor có khả năng khuếch đại dòng điện, điện áp và công suất.