Ở bài viết này, chúng ta sẽ cùng Thầy Đỗ Ngọc Hà (giáo viên môn Vật lý tại Hệ thống Giáo dục HOCMAI) đi tìm hiểu về “Dòng điện trong chất bán dẫn”.

1, Chất bán dẫn và tính chất.

Vật liệu trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện là chất bán dẫn. Chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và hoạt động như một chất dẫn điện ở nhiệt độ cao.

Gecmani và silic là hai vật liệu bán dẫn tiêu biểu.

Tính chất:

• Điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn khi ở  nhiệt độ  thấp, khi nhiệt tăng điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.
• Khi pha một ít tạp chất điện trở suất giảm rất mạnh.
• Khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác điện trở của bán dẫn giảm đáng kể.

2, Hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.

a, Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.

• Bán dẫn loại n là bán dẫn ó hạt tải điện âm
• Bán dẫn loại p là bán dẫn có hạt tải điện dương.

b, Lỗ trống và electron.

• Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là: Lỗ trống và electron.
• Dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường là dòng điện trong bán dẫn.

c, Tạp chất cho (dono) và tạp chất nhận (axepto).

• Tạp chất cho (dono): là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn khi pha tạp chất. Bán dẫn có pha dono là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.
• Tạp chất nhận (axepto): là những nguyên tố có ba electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống. Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.

3, Lớp chuyển tiếp p-n.

Lớp chuyển tiếp p-n là nơi tiếp cúc của miền mang tính dẫn p và n, miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.

a, Lớp nghèo.

+ Hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống tại miền bán dẫn loại P.

+ Hạt tải điện chủ yếu là electron tự do tại miền bán dẫn loại N.

=> Tại lớp chuyển tiếp p-n electron tự do và lỗ trống trộn vào nhau.

+ Khi electron gặp lỗ trống, nó sẽ nối lại liên kết và một cặp electron, lỗ trống bị biến mất.

=> Tại lớp chuyển tiếp p-n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo.

+ Lớp nghèo có các ion dono tích điện dương về phía bán dẫn N, có các ion axepto tích điện âm về phía bán dẫn P.

+ Lớp nghèo có điện trở rất lớn.

b, Dòng điện chạy qua lớp nghèo.

Đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn P sang bán dẫn N thì:

• Electron trong bán dẫn n chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo.
• Lỗ trống trong bán dẫn p chạy theo cùng chiều điện trường vào lớp nghèo.

=> Lớp nghèo có hạt tải điện và trở nên dẫn điện => Dòng điện chạy qua lớp nghèo từ miền bán dẫn p sang miền bán dẫn n.

Quy ước:

• Chiều thuận là chiều từ dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n.
• Chiều ngược là chiều dòng điện không qua lớp nghèo từ n sang p.

c, Hiện tượng phun hạt tải điện.

Các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p-n gọi là hiện tượng phun hạt tải điện.

4, Điot bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn.

• Cấu tạo điôt bán dẫn: Nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp p-n ta được một điot bán dẫn.
• Lớp miền cách điện tạo ra khi các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống tạo thành lớp ion trung hòa điện.

5, Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n.

a, Hiệu ứng tranzito là hiện tượng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB.

b, Tranzito lưỡng cực n-p-n.

+ Tranzito lưỡng cực n-p-n là tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2.

+ Tranzito có ba cực: Cực góp (coolecto); cực đáy hay cực gốc, hoặc bazo; cực phát hay emito.

+ Tranzito để lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử.

Hi vọng với bài viết này sẽ giúp ích cho các em trong quá trình học môn Vật lí 11.