Mục lục bài viết
Các khái niệm cơ bản về bán dẫn[sửa]
Trong quá trình phân loại vật chấn so với quá trình dẫn điện, người ta chia những vật tư ra thành ba loại. Đó chính là những vật tư dẫn điện ( như sắt kẽm kim loại ) và những vật tư không dẫn điện / cách điện và loại thứ ba là những vật tư bán dẫn. Các vật tư dẫn điện là những vật tư được cho phép những dòng điện truyền qua còn những vật tư cách điện hay không dẫn điện là những vật tư không cho dòng điện truyền qua .Chất bán dẫn hầu hết được cấu trúc từ những nguyên tử có 4 electron lớp ngoài trong cấu trúc nguyên tử của chúng. Như vậy, về thực chất, những chất bán dẫn có 4 electron lớp ngoài cùng mà đặc trưng là 2 chất bán dẫn Ge và Si .
Ở dạng rắn, các nguyên tử cấu tạo nên chất bán dẫn được sắp xếp theo một cấu trúc có thứ tự mà chúng ta gọi là dạng tinh thể. Mỗi nguyên tử chia sẻ các electron của chúng với các nguyên tử ngay cạnh để tạo nên một cấu trúc bên vững có 8 electron lớp ngoài cho nguyên tử nằm tại vị trí trung tâm. Như vậy, mỗi nguyên tử xung quanh nguyên tử trung tâm sẽ chia sẻ 1 electron với nguyên tử trung tâm để tạo thành một cấu trúc bền vững có 8 electron lớp ngoài (đối với nguyên tử trung tâm). Như vậy có thể nói, liên kết giữa nguyên tử trung tâm với 4 nguyên tử xung quanh sẽ dựa trên chủ yếu 4 liên kết hóa trị.
Dưới tác dụng của nhiệt, các nguyên tử sẽ tạo ra các dao động xung quanh vị trí cân bằng và tại một giá trị xác định nào đó, nhiệt độ có thể phá vỡ các liên kết hóa trị và tạo ra các electron tự do. Tại vị trí của các electron tự do vừa bứt ra sẽ thiếu 1 electron và trở thành các lỗ trống. Lỗ trống này có xu hướng nhận thêm 1 electron nhằm tạo lại sự cân bằng.
Bạn đang đọc: Giáo trình Điện tử cơ bản/Cơ bản về bán dẫn
Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn[sửa]
Như đã nói ở trên, trong cấu trúc vật tư của bản thân chất bán dẫn, dưới công dụng của nhiệt độ môi trường tự nhiên cũng luôn sống sót hai dạng điện tích. Một là điện tích âm do electron và hai là điện tích dương do lỗ trống tạo ra. Dưới tính năng của điện trường, những electron có xu thế chuyển dời về phía phía có nguồn năng lượng điện tích cao hơn. Do đó, lúc này, trong thực chất chất bán dẫn sẽ có 2 thành phần cân đối. Một là electron tự do bứt ra khỏi link hóa trị và hai là lỗ trống sinh ra do electron bứt ra. Electron bứt ra khỏi cấu trúc tinh thể sẽ chuyển dời về phía điện trường có điện thế lớn. Đồng thời, lỗ trỗng cũng có xu thế hút những electron ở xung quanh để điền đầy và đi về phía điện trường có điện thế nhỏ hơn. Như vậy, thực chất dòng điện trong chất bán dẫn được sinh ra bởi 2 dòng chuyển dời : dòng chuyển dời của những electron tự do và dòng chuyển dời của những lỗ trống. Các electron và những lỗ trống thường được gọi chung với một cái tên là hạt mang điện bởi chúng mang nguồn năng lượng điện tích di dời từ điểm này đến điểm khác .
Bán dẫn tạp chất và thực chất dòng điện[sửa]
Như đã biết, bán dẫn tạp chất được tạo ra bởi việc phân phối những chất tạp chất thuộc nhóm 3 và nhóm 5 bảng tuần hoàn Mendelep đưa vào trong cấu trúc tinh thể chất bán dẫn thuần .Để tăng số lượng những electron tự do, thường thì, người ta thêm những tạp chất thuộc nhóm 5 trong bảng tuần hoàn Medelep vào. Khi đó, những thành phần tạp chất này sẽ tham gia thiết kế xây dựng cấu trúc tinh thể của vật chất. Tương tự như lý giải về phần cấu trúc nguyên tử, khi 1 nguyên tử tạp chất đứng cạnh những nguyên tử bán dẫn thuần thì chúng cũng sẽ san sẻ 1 electron với nguyên tử bán dẫn thuần, do đó sẽ còn 4 electron tại lớp ngoài cùng phân tử. Trong số 4 electron này chỉ có 3 electron liên tục tham gia tạo mạng tinh thể và 1 electron sẽ có xu thế tách ra và trở thành những electron tự do. Do đó, khi so sánh với cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn thuần, cấu trúc bán dẫn tạp chất loại này có nhiều những electron tự do hơn. Loại bán dẫn tạp chất này được gọi là bán dẫn loại n ( n thực chất tiếng Anh là negative chỉ đặc trưng thực chất của việc thừa electron ). Như vậy trong bán dẫn loại n sẽ sống sót 2 loại hạt mang điện. Hạt đa phần chính là những electron tự do tích điện âm và hạt thiểu số là những lỗ trống ( mang điện tích dương ) .Tương tự nhưng với hướng ngược lại, người ta thêm tạp chất thuộc nhóm 3 trong bảng tuần hoàn Mendeleep vào trong cấu trúc tinh thể chất bán dẫn thuần. Các thành phần tạp chất này cũng tham gia kiến thiết xây dựng cấu trúc tinh thể của chất bán dẫn, nhưng do chỉ có 3 electron lớp ngoài nên trong cấu trúc nguyên tử sẽ có một vị trí không có electron tham gia kiến thiết xây dựng những link. Các vị trí thiếu này vô hình dung chung đã tạo nên những lỗ trống. Do đó, trong cấu trúc tinh thể của loại bán dẫn tạp chất này sẽ có nhiều vị trí khuyết electron hơn hay còn gọi là những lỗ trống hơn. Loại bán dẫn này được gọi là bán dẫn loại p ( p đặc trưng cho từ positive ). Hạt hầu hết chính là những lỗ trống và hạt thiểu số sẽ là những electron. Tóm lại, bán dẫn loại n có nhiều electron tự do hơn và bán dẫn loại p có nhiều lỗ trống hơn. Do đó, n có năng lực cho electron và p có năng lực nhận electron .
Điốt bán dẫn – Phần tử một mặt ghép p-n[sửa]
Trong công nghệ tiên tiến sản xuất thành phần 1 mặt ghép p-n, người ta triển khai trộn lẫn hai loại bán dẫn tạp chất lên trên một phiến đế tinh thể bán dẫn thuần với một bên là bán dẫn loại p và 1 bên là bán dẫn loại n. Do lực hút lẫn nhau, những electron tự do bên phía bán dẫn loại n có xu thế khuếch tán theo mọi hướng. Một vài electron tự do khuếch tán vượt qua mặt phẳng ghép p-n. Khi một electron tự do của bán dẫn loại n đi vào vùng của bán dẫn loại p, nó trở thành hạt thiểu số. Do có một lượng lớn những lỗ trống nên những electron này sẽ nhanh gọn link với lỗ trống để tinh thể trở về trạng thái cân đối và đồng thời làm lỗ trống biến mất .Mỗi lần một electron khuếch tán vượt qua vùng tiếp giáp thì nó tạo ra một cặp những ion. Khi một electron rời khỏi miền n thì nó để lại cho cấu trúc nguyên tử tạp chất một ( thuộc nhóm 5 bảng tuần hoàn Mendeleep ) sang trạng thái mới, trạng thái thiếu một electron. Nguyên tử tạp chất lúc này lại trở thành 1 ion dương. Nhưng đồng thời, khi đi sang miền p và tích hợp với một lỗ trống thì nó vô hình dung đã làm nguyên tử tạp chất ( thuộc nhóm 3 bảng tuần hoàn Medeleep ) trở thành ion âm .Quá trình này diễn ra liên tục và làm cho vùng tiếp xúc của chất bán dẫn lần lượt có ngày càng nhiều cặp ion dương và âm tương ứng ở miền n và miền p. Các cặp ion này sau khi hình thành sẽ tạo nên một vùng tại miền tiếp xúc bán dẫn mà ta gọi là miền tiếp xúc, có điện trường ngược lại với chiều khuếch tán tự nhiên của những electron tự do và những lỗ trống. Quá trình khuếch tán sẽ dừng khi số lượng những cặp ion sinh ra đủ lớn để cản trở sự khuếch tán tự do của những electron từ n sang p .Như vậy, ký hiệu âm và dương tại miền tiếp xúc p-n chính là ký hiệu của những cặp ion sinh ra trong quá trình khuếch tán .
Phân cực thuận[sửa]
Phân cực ngược[sửa]
Đánh thủng[sửa]
Lý thuyết về điốt[sửa]
Phân loại điốt[sửa]
Xem thêm mục Điốt
Cách kiểm tra Điốt[sửa]
Để kiểm tra một điốt còn năng lực hoạt động giải trí hay không, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng những đồng hồ đeo tay đo, đặt chính sách đo điện trở để đo năng lực dẫn dòng điện hay hạn chế dòng điện của điốt. Thông qua đó, tất cả chúng ta sẽ biết được điốt còn năng lực sử dụng hay không .
Chú ý:
– Đối với 1 số ít loại Ohm kế cũ, dòng hoặc áp của Ohm kế hoàn toàn có thể hủy hoại 1 số loại diode sử dụng trong những mạch tần số cao .- Giá trị của thang đo Ohm để xác lập năng lực hoạt động giải trí của diode thường để khoảng chừng vài trăm KiloOhm .- Với những đồng hồ đeo tay Digital Multimeter có công dụng kiểm tra diode, ta hoàn toàn có thể sử dụng công dụng này để kiểm tra .
Một số loại Điốt thông dụng[sửa]
Bán dẫn nhiều lớp[sửa]
Transistor[sửa]
Tín hiệu radio hay vô tuyến thu được từ ăng-ten yếu đến mức nó không đủ để chạy một cái loa hay một đèn điện tử ở tivi. Đây là nguyên do tất cả chúng ta phải khuếch đại tín hiệu yếu để nó có đủ nguồn năng lượng để trở nên hữu dụng. Trước năm 1951, ống chân không là thiết bị chính dùng trong việc khuếch đại những tín hiệu yếu. Mặc dù khuếch đại khá tốt, nhưng ống chân không lại có 1 số ít điểm yếu kém. Thứ nhất, nó có có một sợi nung bên trong, nó yên cầu nguồn năng lượng 1 W hoặc hơn. Thứ hai, nó chỉ sống được vài nghìn giờ, trước khi sợi nung hỏng. Thứ ba, nó tốn nhiều khoảng trống. Thứ tư, nó tỏa nhiệt, làm tăng nhiệt độ của những thiết bị điện tử .Năm 1951, Shockley đã ý tưởng ra tranzitor xuất hiện tiếp giáp tiên phong, một dụng cụ bán dẫn có năng lực khuếch đại những tín hiệu radio và vô tuyến. Các ưu điểm của tranzito khắc phục được những khuyết điểm của ống chân không. Thứ nhất, nó không có sợi nung hay vật làm nóng nào, do đó nó cần ít nguồn năng lượng hơn. Thứ hai, do nó là dụng cụ bán dẫn nên hoàn toàn có thể sống vô hạn định. Thứ ba, do nó rất nhỏ nên cần ít khoảng trống. Thứ tư, do nó sinh ra ít nhiệt hơn, vì thế nhiệt độ của những thiết bị điện tử sẽ thấp hơn .Tranzito đã dẫn tới nhiều ý tưởng khác, gồm có : mạch tích hợp ( IC ), một thiết bị nhỏ chứa hàng ngàn tranzito. Nhờ IC mà máy vi tính và những thiết bị điện tử kỳ diệu khác hoàn toàn có thể triển khai được .
Hai loại transistor cơ bản[sửa]
Transistor được chia làm 2 loại là transistor lưỡng cực ( BJT – Bipolar Junction Trasistor ) và transistor hiệu ứng trường ( FET – Field Effect Transistor ) .
I. Transistor lưỡng cực (BJT)
[sửa]
Đọc xong phần này bạn nên hoàn toàn có thể :[sửa]
– Trình bày những hiểu biết về mối quan hệ giữa những dòng điện bazơ, emitơ và collectơ của một transistor lưỡng cực .- Vẽ sơ dồ của mạch CE và ghi lại những cực, điện áp và điện trở .- Vẽ một đường cong bazơ giả thuyết và tập hợp những đường cong emitơ, ghi tên những trục .- Thảo luận về những đặc tính của transistor lý tưởng và transistor giao động lần hai .- Kể ra vài thông số kỹ thuật đặc trưng của transistor hữu dụng so với những nhà kỹ thuật .
I. 1 Transistor chưa phân cực[sửa]
Một transistor có ba miền pha tạp như trong hình 6.1. Miền dưới cùng được gọi là emitơ, miền giữa được gọi là bazơ, miền trên cùng là collectơ. Loại transistor cụ thể ở đây là một thiết bị npn. Transitor còn có thể được sản xuất như các thiết bị pnp.
Diode emitơ và collectơ
Transistor ở hình 6.1 có 2 tiếp giáp: một giữa emitơ và bazơ và cái kia là giữa bazơ và collectơ. Do đó transistor tương tự hai diode. emitơ và bazơ tạo một diode, bazơ và collectơ tạo thành một diode khác. Từ giờ, chúng ta sẽ gọi mấy diode này là diode emitơ (cái dưới) và diode collectơ (cái trên).
Trước và sau sự khuyếch tán
Hình 6.1 chỉ ra những miền của transistor trước khi sự khuếch tán xảy ra. Như đã nói đến ở phần trước, electron tự do ở miền n khuếch tán qua vùng tiếp giáp và phối hợp với lỗ trống ở miền p. Hình dung những electron ở mỗi miền n ngang qua phần tiếp giáp và phối hợp với những lỗ trống. Kết quả là hai vùng nghèo như hình 6.2, Mỗi vùng nghèo này hàng rào thế giao động 0.7 V ở 25 °C. Như đã nói, tất cả chúng ta nhấn mạnh vấn đề đến những thiết bị silic vì chúng được sử dụng thoáng đãng hơn những thiết bị bằng germani .
I. 1 Transistor đã phân cực[sửa]
II. Transistor hiệu ứng trường ( FET )[sửa]
1. Giới thiệu chung về FET
a. FET hoạt động giải trí dựa trên hiệu ứng trường có nghĩa là điện trở của bán dẫn được điều khiển và tinh chỉnh bời điện trường bên ngoài, dòng điện trong FET chỉ do 1 loại hạt dẫn là electron hoặc lỗ trống tạo nên .b. Phân loại : FET có 2 loại chính :
- JFET: Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc N-P.
- IGFET:Transistor có cực cửa cách điện, thông thường lớp cách điện này được làm bằng 1 lớp oxit nên có tên gọi khác là MOSFET ( Metal Oxide Semicondutor FET ).
Mỗi loại FET đều có 2 loại kênh N và kênh P. FET có 3 cực là cực Nguồn ( source – S ), cực Máng ( drain – D ), cực Cổng ( gate – G ) .
2. JFET
a. Cấu tạo:
JFET được cấu trúc bởi 1 miếng bán dẫn mỏng dính ( loại N hoặc loại P ) 2 đầu tuơng ứng là D và S, miếng bán dẫn này được gọi là kênh dẫn điện. 2 miếng bán dẫn ở 2 bên kênh dẫn được nối với cực G, quan tâm, cự G được tách ra khỏi kênh nhờ tiếp xúc N-P .Đa phần những JFET có cấu trúc đối xứng nên hoàn toàn có thể đổi chỗ cực D và S mà đặc thù không đổi khác .
b. Nguyên lý hoạt động
Muốn cho JFET hoạt động giải trí ta phải phân phối UGS sao cho cả 2 tiếp xúc N-P đều phân cực ngược, nguồn UDS sao cho dòng hạt dẫn di dời từ cực S qua kênh tới cực D tạo thành dòng ID .
– Khả năng điều khiển điện áp ID của UGS:
Giả sử với JFET kênh N, UDS = const. Khi đặt UGS = 0, tiếp giáp PN mở màn phân cực ngược mạnh dần, kênh hẹp dần tử S về D, nhưng lúc này độ rộng kênh là lớn nhất do vậy dòng qua kênh là lớn nhất kí hiệu là IDo .Khi UGS < 0, PN phân cực ngược mạnh hơn do vậy bề rộng của kênh dẫn hẹp dần, tại thời gian UGS = Ungắt thì 2 tiếp giáp PN phủ lên nhau, che lấp hết kênh, dòng ID = 0. Dòng ID được tính theo công thức : ID = IDo ( 1 – UGS / Ungắt ) 2Chú ý : giá trị của Ungắt và IDo nhờ vào vào UDS .
Cách kiểm tra transistor[sửa]
Đối với transistor nói chung, do cấu tạo của transistor gồm 2 tiếp xúc P-N nên có thể coi là 2 diode nối tiếp nhau từ đó có thể kiểm tra sự hoạt động của transistor tương tự như kiểm tra diode.
Một số ứng dụng của Transistor[sửa]
Thyristor[sửa]
Tóm tắt chương[sửa]
Câu hỏi tự nhìn nhận[sửa]
Tài liệu tìm hiểu thêm[sửa]
Xem thêm[sửa]
| trang trước | Cơ bản về bán dẫn | Trang tiếp |
Bản quyền[sửa]
tiến sỹ Nguyễn Phan Kiên, Đại học Bách khoa TP.HN
Bài liên quan
Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay
