• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Chuong 7  vat lieu ban dan
 

Chuong 7 vat lieu ban dan

on

  • 4,169 views

Chuong 7 vat lieu ban dan

Chuong 7 vat lieu ban dan

Statistics

Views

Total Views
4,169
Views on SlideShare
4,169
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
57
Comments
1

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

11 of 1 previous next

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Chuong 7  vat lieu ban dan Chuong 7 vat lieu ban dan Document Transcript

    • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 7Chương 7 VẬT LIỆU BÁN DẪN7.1 Khái niệm. Theo lý thuyết về giải năng lượng thì vật liệu bán dẫn là loại vật liệu có giải cấm hẹp hơnso với trong chất điện môi. Về điện trở suất thì vật liệu dẫn điện có ρ trong phạm vi từ 10-6 - 10-3 Ω.cm (ở t=20oC)điện môi có ρ =109-1019Ω.cm còn vật liệu bán dẫn có ρ =10-4-1010Ω.cm và có điện dẫn điện tử. Điện dẫn của vật liệu bán dẫn phụ thuộc rất nhiều vào năng lượng tác động bên ngoài vàcả các tạp chất khác nhau dù rằng hàm lượng của nó trong chất bán dẫn nguyên chất rất ít. Trong chất bán dẫn có hai loại điện tử: “điện tử “ (n) và “điện tử lỗ “(p), do đó cho phépchế tạo được các chi tiết có mặt ghép p-n. Khi trong chất bán dẫn có mặt ghép p-n thì sẽ có điệnkép có tác dụng chỉnh lưu đối với dòng điện xoay chiều. Dựa trên mặt ghép p-n nên các chất bándẫn được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và kỹ thuật vô tuyến điện. (tạo các chỉnh lưucông suất bé, các khuếch đại và máy phát). Các hệ thống bán dẫn cũng được dùng để biến đổicác dạng năng lượng thành điện năng. Ngoài ra dùng bán dẫn còn giải quyết được nhiều vấn đề:dùng làm các phần tử nung nóng, kích thích chấm tia điện tử trong các chỉnh lưu, trong đènchỉnh lưu, hấp thụ ít nhiều năng lượng trong ống dẫn sóng... đo cường độ điện trường, chỉ mứcphóng xạ... Vật liệu bán dẫn dùng trong thực tế được chia ra thành các loại băng nguyên tố bán dẫn,các liên kết hoá học và hợp kim bán dẫn, vật liệu bán dẫn phức hợp (gốm bán dẫn) và cả vật liệubán lỏng và vật liệu bán dẫn dạng thuỷ tinh. Có 10 nguyên tố bán dẫn cho ở bảng dưới đây: Nguyên tố Nhóm trong Bề rộng giải Nguyên tố Nhóm trong Bề rộng giải bán dẫn. bảng cấm eV bán dẫn. bảng cấm eV Mendeleep MendeleepBo III 1,1 Lưu huỳnh VI 2,5Cacbon IV 5,2 Selen VI 1,7Silic IV 1,12 Tenlua VI 0,36Giecmani IV 0,72Photpho V 1,5 Iôt VII 1,25Cxenic V 1,2 Chú ý là thiếc, antimoan đôi khi cũng thuộc về loại vật liệu bán dẫn (trong vài loại biếnthế nào đó) và cacbon (ở dạng kim cương) và lưu huỳnh thì đa số trường hợp là điện môi.  Dụng cụ chế tạo bằng vật liệu bán dẫn có nhiều ưu điểm:  Thời gian phục vụ lâu dài (khi có điện dẫn điện tử không bị già cỗi).  Kích thước và trọng lượng bé.  Kết cấu đơn giản, an toàn, sức bền cơ giới tốt.  Dùng bán dẫn thay cho đèn điện tử thì không cần mạch, tiêu thụ ít năng lượng, quán tính ít.7.2 Điện dẫn của vật liệu bán dẫn. Đặc trưng cho vật vật liệu bán dẫn là sự có mặt của giải cấm trong giản đồ năng lượng. Bề rộng của giải cấm của vật liệu bán dẫn khác nhau. Đối với các chất bán dẫn thườngdùng bề rộng khoảng 1-2 eV. Khi trong chất bán dẫn không có điện tử tự do nếu có hiệu điện thế tác dụng cũng khônggây nên dòng điện nhưng nếu có năng lượng đủ lớn tác dụng để có thể làm cho điện tử vượt quagiải cấm trở thành tự do và dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển dịch, gây nên điện dẫn điệntử của chất bán dẫn. Khi đó trong giải đầy, hình thành các “lỗ điện tử “ và trong chất bán dẫn sẽcó sự chuyển dịch khác của điện tử nhằm lắp các lỗ ấy lại. Như vậy dưới tác dụng của điệntrường các lỗ chuyển dịch theo chiều của điện trường như một điện tích dương và cũng tạo nênđiện dẫn của chất bán dẫn. 1. Tạp chất có ảnh hưởng nhiều đến điện dẫn của chất bán dẫn và tuỳ theo loại tạp chấtmà ảnh hưởng ấy cũng khác nhau. Tạp chất ở đây không chỉ là các nguyên tử cùng loại thừa ratrong liên kết hoá học của chất bán dẫn và tất cả các vết trong mạng tinh thể của nó. 88
    • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 7 Ảnh hưởng của tạp chất đối với giản đồ năng lượng của chất bán dẫn cho ở hình 7.1. theođó thì tạp chất chia làm hai loại: loại “nhận “ và loại “cho “. Tạp chất nhận là các tạp chất tạo nên thêm trong chất bán dẫn các mức năng lượng tự dophụ mức năng lượng của tạp chất thu gần với mức năng lượng của các điện tử trong phần trêncủa giải đầy. Khi ấy tạp chất có thể bắt các điện tử trong giải đầy ngay trong sự vận động nhiệtcủa nó. Do đó, trong giải đầy hình thành các lỗ và các lỗ ấy sẽ được lặp lại bởi các điện tử kháccủa nguyên tử ở cạnh, hay nói cách khác là ở đây các điện tử khác, từ nguyên tử này sangnguyên tử khác. Loại bán dẫn này là loại bán dẫn lỗ hay loại P. Tạp chất cho sẽ cung cấp điện tử cho giải tự do của chất bán dẫn mức năng lượng của cácđiện tử của tạp chất cung cấp thường sao cho ngay trong trạng thái vận động nhiệt thì phần lớnđiện tử của tạp chất chuyển sang giải tự do của chất bán dẫn gốc, nghĩa là khi đó điện tử của tạpchất trở thành tự do. Tất nhiên là ở điều kiện bình thường mỗi nguyên tử của tạp chất chỉ chomột điện tử. Loại bán dẫn này là bán dẫn loại n. 0,01-0,1 eV Năng lượng 0,01-0,1 eV Tạp chất cung cấp Tạp chất thu H.7.1- Ảnh hưởng của tạp chất đối với giản đồ năng lượng của chất bán dẫn. a b lnγ c _ điện tử; o lỗ trống. Bản thân a. Chất bán dẫn gốc. b. Bán dẫn có tạp chất thu loại p; điện dẫn lỗ. c. Bán dẫn có tạp chất cung cấp loại Dođiệnchấn n n tử. n; tạp dẫ t điệ 1 Như vậy điện dẫn do tạp chất gây nên sẽ xuất hiện với một năng lượng tác dụng bé hơnso với điện dẫn bản thân của bán dẫn gốc. Do tạp chất n2 2. Điện dẫn của chất bán dẫn cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự tăng của điện dẫn của vật liệu bán dẫn thực tế là do sự tăng của mật độ các hạt mangđiện theo nhiệt độ. Điều này còn tuỳ thuộc vào loại tạp chất. (H.7.2). 1/T H.7.2 3. Điện dẫn của vật liệu bán dẫn còn phụ thuộc vào cường độ điện trường. H.7.3 cho quan hệ lnγ =f(E) của cùng một chất bán dẫn ở các nhiệt độ của môi trườngxung quanh khác nhau. 89
    • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 7 Khi cường độ điện trường bé (E < EK) thì quan hệ ấy theo đúng định luật ohm và γ khôngphụ thuộc vào cường độ điện trường. Nhưng ở cường độ điện trường lớn thì γ tăng lên rất nhanhtheo hàm mũ đưa đến sự phá huỷ kết cấu của chất bán dẫn. Khi cường độ điện trường rất lớn thìquan hệ của điện dẫn của nhiều chất bán dẫn với điện trường được biểu thị bởi quan hệ: γ = γ 0 eβ E (7.1) γ0- suất điện dẫn của chất bán dẫn khi E < EK. β- hệ số đặc trưng cho chất bán dẫn. lnγ T1 T2 T3 EK E H.7.3 4. Điện dẫn của chất bán dẫn còn phụ thuộc vào sự chiếu sáng. H.7.4 cho thấy quan hệ γ =f(L). quan hệ ấy được biểu thị bằng biểu thức: γ = BL x (7.2) γ L lnx H.7.4 B- hằng số đặc trưng của chất bán dẫn. L- cường độ chiếu sáng. x- chỉ số γ > x > 0. Năng lượng của lượng tử của ánh sáng trông thấy được vào khoảng 1,5 - 3 eV cho nên cóthể làm cho điện tử nhảy từ giải này lên giải trống. Điện dẫn quang cũng còn phụ thuộc vào tầnsố của tia và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh.7.3 Tính chất của mặt ghép điện tử - lỗ. Khi ghép hai chất bán dẫn có điện dẫn lỗ và điện dẫn điện tử, thì ở mặt ghép p-n có lớpchắn x có điện dẫn theo một chiều nhất định. Ơí hình H.7.5a là hệ thống bán dẫn có ghép hai nửabán dẫn lỗ p và điện tử n. ở vùng tiếp giáp giữa hai vùng p và n có mặt ghép p-n. mật độ điện tửtự do ở n lớn hơn ở p và mật độ của lỗ thì ngược lại. Do có khuếch tán nhiệt nên một số điện tửsẽ đi sang p và cũng có một số lỗ sẽ đi sang n. Như vậy ở mặt ghép và giáp p có điện tích âm vềbên phía n có điện tích dương. Và ở mặt ghép hình thành 1 trường khuếch tán E có tác dụng ngăncản sự dịch chuyển tiếp tục của các điện tích, nghĩa là khi chưa có điện trường ngoài tác dụng thìtrong chất bán dẫn hình thành lớp chắn da2y khoảng 10-5 cm. Nếu cho điện trường tác dụng (H.7.5b), có chiều cùng với trường khuếch tán E thì mặtghép sẽ không dẫn điện nữa. 90
    • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 7 Nếu đổi chiều của trường ngoài E thì lúc bấy giờ có sự dịch chuyển của điện tích và điệntrở của lớp chắn giảm nhanh hình H.7.5c. p n p n Eγ E∂ E p n p n E∂ E∂ E E H.7.5- Sơ đồ nguyên tắc của chỉnh lưu bằng mặt ghép p-n. a) Mặt ghép p-n lý tưởng và không có trường ngoài. b) Mặt ghép lý tưởng p-n bị khoá. c) Có dòng điện qua mặt ghép p-n. d) Mặt ghép thực tế p-n, có dòng điện nghịch đi qua do các điện tích phụ. Nhưng trong thực tế thì vùng p có ít điện tử tự do và vùng n thì có một ít lỗ. Đó là các hạtmang điện phụ. Do đó khi có E thì lớp chắn bị khoá nhưng vẫn có dòng điện nhỏ, ngược chiều so vớitrên, do sự chuyển dịch của các điện tích phụ ấy. Đó là tính chất của mặt ghép p-n và dựa vào đó người ta chế tạo chỉnh lưu bán dẫn côngsuất lớn, đèn hai cực, phần tử quang điện đèn ba cực bán dẫn. - Chỉnh lưu bán dẫn là một hệ thống trong đó có chất bán dẫn có điện trở thay đổi rất nhiều khi cực t1inh của điện thế tác dụng thay đổi. - Bộ phận tách sóng là loại chỉnh lưu cao tần có điện dung bản thân bé. - Đèn ba cực bán dẫn là một tấm bán dẫn trong đó hai phần có điện dẫn cùng loại và một phần có điện dẫn khác loại. Ba phần ấy có ba đầu ra lần lượt có tên là cực phát, đầu ra và gốc (cực chung). Sự làm việc của đèn ba cực bán dẫn dựa vào tính chất của mặt ghép p-n. 91