Slide bài giảng môn Cơ sở kỹ thuật điện nội dung chương 1: Vật liệu bán dẫn

Slide bài giảng môn Cơ sở kỹ thuật điện nội dung chương 1: Vật liệu bán dẫn của Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!

89 45 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Cơ sở kỹ thuật điện

Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Thông tin:

26 trang 8 tháng trước

Tác giả:

Profile Tiến Dũng
lOMoARcPSD|36086670
BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO
ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ
Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện
VẬT LIỆU BÁN
DẪN
Giới thiệu
lOMoARcPSD|36086670
lOMoARcPSD|36086670
1.1. Phân loại
Chất bán dẫn thuần (Semiconductor)
Cấu tạo từ nguyên tố hoá trị 4
lOMoARcPSD|36086670
Si:
Silicon
Ge:
germanium
Không pha tạp chất
Không dẫn
iệnở 0
o
K (-273
o
C)
lOMoARcPSD|36086670
Khi bị kích thích sẽ tạo ra: số iện tử n = số
lỗ trống p
lOMoARcPSD|36086670
1.1. Phân loại
Chất bán dẫn thuần (Semiconductor)
ộhạtdẫn
iệntử
Nồng
Nồng
ộlỗtrống
n = p
Khi
bị
kíchthích(gia
tăngnhiệt
ộ
)
Kíchthích
lOMoARcPSD|36086670
1.1.3. Phân loại
Chất bán dẫn thuần (Semiconductor)
Khi bị kích thích (có iện trường ngoài ặt vào)
lOMoARcPSD|36086670
lOMoARcPSD|36086670
Downloaded by Dung Tran (tiendungtr12802@gmail.com)
6
lOMoARcPSD|36086670
1.1. Phân loại
Gọi N
D
là nồng ộ tạp chất hoá trị 5 ược pha vào
Khi có kích thích thì sẽ sinh ra:
N
D
electron (electron thứ 5 của tạp chất) và n electron của liên kết cộng hoá trị) p lỗ
trống của liên kết cộng hoá trị (n = p)
Nếu nồng ộ tạp chất rất nhiều thì N
D
>> n Vậy:
lOMoARcPSD|36086670
n
N
= n + N
D
N
D
>>p = p
N
lOMoARcPSD|36086670
lOMoARcPSD|36086670
1.1.Phân loại
Gọi N
A
là nồng ộ tạp chất hoá trị 3 ược pha vào
Khi có kích thích thì sẽ sinh ra:
N
A
lỗ trống (lỗ trống ko có electron của tạp chất) và p lỗ trống của liên kết cộng hoá trị)
n electron của liên kết cộng hoá trị (n = p) Nếu nồng ộ tạp chất rất nhiều thì N
A
>> p Vậy:
p
P
= p + N
A
N
A
>>n = n
P
lOMoARcPSD|36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài
:Lỗ
trống (hole , h+)
Depletion: Vùng nghèo
Diffusion: Chuyển ộng khuếch tán,
chuyển ộng của hạt dẫn
a số khi có sự chênh lệch nồng
ộ
E
tx
: iện trường tiếp xúc
I
kt
: chuyển ộng khuếch tán
:
Ion
dương
:
Ion âm
:
Electron (e
-)
-
+
lOMoARcPSD|36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài
e- và h+ chuyển ộng khuếch tán
Sự tái hợp gần vùng tiếp giáp vùng nghèo (rất ít hạt dẫn, chỉ có các ion cố ịnh,
không linh ộng, không có khả năng dẫn iện)
Dòng iện khuếch tán I
kt
từ P sang N (dòng của hạt tải a số)
Sự phân bố ion trong miền nghèo vùng iện tích dương, âm phân biệt iện trường tiếp
xúc E
tx
từ N sang P rào thế Vγ cản trở sự khuếch tán của hạt dẫn qua lại giữa 2 phiến
bán dẫn
lOMoARcPSD|36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài
I
Drift: chuyển ộng trôi của hạt dẫn,
sinh ra do có tác ộng của iện trường.
I
tr
: dòng iện sinh ra do chuyển ộng trôi của
hạt dẫn (dòng của hạt tải thiểu số).
lOMoARcPSD|36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài
hút h+ bên N về cực âm của iện trường
Dòng iện trôi I
tr
từ N sang P (dòng của hạt tải thiểu số) Khi
chưa có iện trường ngoài ặt vào thì I
tr
= I
kt
Tổng dòng iện qua tiếp giáp
lOMoARcPSD|36086670
I
PN
= I
kt
– I
tr
= 0 (Cân bằng ộng)
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.2. Khi phân cực ngược (V
N
> V
P
)
V
D
cùng chiều E
tx
iện trường trong miền nghèo tăng rào thế tăng ạt giá
trị Vγ + V
D
miền nghèo mở rộng
Dòng I
kt
0
Dòng I
tr
I
s
(dòng bão hoà ngược, dòng hạt tải thiểu số) Dòng
qua tiếp giáp I
PN
= I
kt
– I
tr
= -I
s
0
V
D
E
tx
lOMoARcPSD|36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.2. Khi phân cực ngược (V
N
> V
P
)
lOMoARcPSD|36086670
1.2.3. Khi phân cực thuận (V
N
< V
P
)
V
D
ngược chiều E
tx
iện trường trong miền nghèo giảm rào thế giảm ạt giá trị Vγ V
D
miền nghèo thu hẹp. Khi V
D
ạt giá trị bằng Vγ rào thế = 0 có dòng hạt tải a số từ
P sang N
V
D
E
tx
Dòngqua
tiếp
giáp
lOMoARcPSD|36086670
1.2.3. Khi phân cực thuận (V
N
< V
P
)
lOMoARcPSD|36086670
Đặc tuyến Volt-Ampere
Giá trị rào thế (Điện áp
ngưỡng dẫn của tiếp
giáp
Vγ= 0.3V
(Ge) = 0.7V
(Si)
PN)
lOMoARcPSD|36086670
Kết luận
Tiếp giáp PN ược phân cực với iện áp V
D
V
D
< Vγ: Tiếp giáp ko dẫn iện I
PN
= 0
TiếpV
D
giáp> =Vγ: dẫn iệnTiếp giáp dẫntheoiện một chiều
từ
I
PN
I
S
e
P sang N
V
V
D
T 1
lOMoARcPSD|36086670
(Đặc tính van của tiếp giáp)
1.2.4 Đánh thủng tiếp giáp
Đánh thủng là phá huỷ
ặc tính van của tiếp giáp.
Tiếp giáp dẫn iện hai
chiều.
Đánh thủng thác lũ: do các hạt thiểu số
tăng tốc theo iện áp gây ion hóa các nguyên
tử qua va chạm dòng thác lũ
Đánh thủng xuyên hầm: Khi mật ộ tạp chất trong bán dẫn tăng E
TX
lớn
gây ra hiệu ứng xuyên hầm lôi kéo các e
-
trong vùng hóa trị của lớp P vượt
qua E
tx
chảy sang lớp N
lOMoARcPSD|36086670
Đánh thủng nhiệt: xảy ra do tích lũy nhiệt trong vùng tiếp xúc vượt quá
giới hạn hư hỏng vĩnh viễn tiếp xúc
lOMoARcPSD|36086670
| 1/26
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

lOMoARcPSD| 36086670
BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO
ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bộ
Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện VẬT LIỆU BÁN DẪN Giới thiệu lOMoARcPSD| 36086670 lOMoARcPSD| 36086670 1.1. Phân loại
Chất bán dẫn thuần (Semiconductor)
 Cấu tạo từ nguyên tố hoá trị 4 lOMoARcPSD| 36086670 Si: Silicon Ge: iệnở 0 o K (-273o C) germanium  Không pha tạp chất  Không dẫn lOMoARcPSD| 36086670
 Khi bị kích thích sẽ tạo ra: số iện tử n = số lỗ trống p lOMoARcPSD| 36086670 1.1. Phân loại
Chất bán dẫn thuần (Semiconductor) Khi bị tăngnhiệt kíchthích(gia ộ ) Kíchthích
Nồng ộhạtdẫn
iệntử = Nồng ộlỗtrống n = p lOMoARcPSD| 36086670 1.1.3. Phân loại
Chất bán dẫn thuần (Semiconductor)
Khi bị kích thích (có iện trường ngoài ặt vào) lOMoARcPSD| 36086670 lOMoARcPSD| 36086670 6
Downloaded by Dung Tran (tiendungtr12802@gmail.com) lOMoARcPSD| 36086670 1.1. Phân loại
Gọi ND là nồng ộ tạp chất hoá trị 5 ược pha vào
Khi có kích thích thì sẽ sinh ra:
ND electron (electron thứ 5 của tạp chất) và n electron của liên kết cộng hoá trị) p lỗ
trống của liên kết cộng hoá trị (n = p)
Nếu nồng ộ tạp chất rất nhiều thì ND >> n Vậy: lOMoARcPSD| 36086670 n N= n + ND ND >>p = pN lOMoARcPSD| 36086670 lOMoARcPSD| 36086670 1.1.Phân loại
Gọi NA là nồng ộ tạp chất hoá trị 3 ược pha vào
Khi có kích thích thì sẽ sinh ra:
NA lỗ trống (lỗ trống ko có electron của tạp chất) và p lỗ trống của liên kết cộng hoá trị)
n electron của liên kết cộng hoá trị (n = p) Nếu nồng ộ tạp chất rất nhiều thì NA >> p Vậy: p P= p + NA NA >>n = nP lOMoARcPSD| 36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài + : dương Ion
- : Ion âm
: Electron (e -) :Lỗ trống (hole , h+) Depletion: Vùng nghèo
Diffusion: Chuyển ộng khuếch tán, chuyển
ộng của hạt dẫn
a số khi có sự chênh lệch nồng ộ
Etx: iện trường tiếp xúc
Ikt: chuyển ộng khuếch tán lOMoARcPSD| 36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài
e- và h+ chuyển ộng khuếch tán
Sự tái hợp gần vùng tiếp giáp vùng nghèo (rất ít hạt dẫn, chỉ có các ion cố ịnh,
không linh ộng, không có khả năng dẫn iện)
Dòng iện khuếch tán Ikt từ P sang N (dòng của hạt tải a số)
Sự phân bố ion trong miền nghèo vùng iện tích dương, âm phân biệt iện trường tiếp
xúc Etx từ N sang P rào thế Vγ cản trở sự khuếch tán của hạt dẫn qua lại giữa 2 phiến bán dẫn lOMoARcPSD| 36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài I
Drift: chuyển ộng trôi của hạt dẫn,
sinh ra do có tác ộng của iện trường.
Itr: dòng iện sinh ra do chuyển ộng trôi của
hạt dẫn (dòng của hạt tải thiểu số). lOMoARcPSD| 36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.1Khi chưa có iện trường ngoài
hút h+ bên N về cực âm của iện trường
Dòng iện trôi Itr từ N sang P (dòng của hạt tải thiểu số) Khi
chưa có iện trường ngoài ặt vào thì Itr = Ikt
Tổng dòng iện qua tiếp giáp lOMoARcPSD| 36086670
IPN = Ikt – Itr = 0 (Cân bằng ộng)
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.2. Khi phân cực ngược (VN > VP) E tx V D V D cùng chiều Etx
iện trường trong miền nghèo tăng rào thế tăng ạt giá trị Vγ + V D
miền nghèo mở rộng Dòng I kt 0 Dòng Itr
Is (dòng bão hoà ngược, dòng hạt tải thiểu số) Dòng
qua tiếp giáp IPN = Ikt – Itr = -Is 0 lOMoARcPSD| 36086670
1.2.Chuyển tiếp P-N (pn Junction)
1.2.2. Khi phân cực ngược (VN > VP) lOMoARcPSD| 36086670
1.2.3. Khi phân cực thuận (VN < VP) E tx V D V D ngược chiều Etx
iện trường trong miền nghèo giảm rào thế giảm ạt giá trị Vγ VD
miền nghèo thu hẹp. Khi VD ạt giá trị bằng Vγ rào thế = 0 có dòng hạt tải a số từ P sang N Dòngqua tiếp giáp lOMoARcPSD| 36086670
1.2.3. Khi phân cực thuận (VN < VP) lOMoARcPSD| 36086670
Đặc tuyến Volt-Ampere
Giá trị rào thế (Điện áp
ngưỡng dẫn của tiếp PN) giáp Vγ= 0.3V (Ge) = 0.7V (Si) lOMoARcPSD| 36086670 Kết luận
Tiếp giáp PN ược phân cực với iện áp VD
VD < Vγ: Tiếp giáp ko dẫn iện IPN = 0 TiếpV giáp D
> =Vγ: dẫn iệnTiếp giáp dẫntheoiện một chiều từI I e PN S P sang N VVDT 1 lOMoARcPSD| 36086670
(Đặc tính van của tiếp giáp)
1.2.4 Đánh thủng tiếp giáp
Đánh thủng là phá huỷ
ặc tính van của tiếp giáp. Tiếp giáp dẫn iện hai chiều.
Đánh thủng thác lũ: do các hạt thiểu số
tăng tốc theo iện áp gây ion hóa các nguyên
tử qua va chạm dòng thác lũ
Đánh thủng xuyên hầm: Khi mật ộ tạp chất trong bán dẫn tăng ETX lớn
gây ra hiệu ứng xuyên hầm lôi kéo các e- trong vùng hóa trị của lớp P vượt
qua Etx chảy sang lớp N lOMoARcPSD| 36086670
Đánh thủng nhiệt: xảy ra do tích lũy nhiệt trong vùng tiếp xúc vượt quá
giới hạn hư hỏng vĩnh viễn tiếp xúc lOMoARcPSD| 36086670