Lý Thuyết Dòng điện Trong Chất Bán Dẫn (mới 2022 + Bài Tập) - Vật Lí ...

Lý thuyết Vật Lý 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

Bài giảng Vật Lý 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

I. Chất bán dẫn và tính chất

- Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện môi. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

- Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.

- Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

Sự phụ của điện trở suất của các chất vào nhiệt độ

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

- Xác định hạt tải điện cơ bản trong bán dẫn mang điện tích gì bằng cách làm cho 2 đầu chất bán dẫn ở nhiệt độ cao vào nhiệt độ thấp, chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, nên đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.

+ Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n.

+ Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn loại p.

2. Electron và lỗ trống

- Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.

- Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)

- Khi pha tạp chất 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. Ta gọi chúng là tạp chất cho hay đôno. Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.

- Khi pha tạp chất 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 nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto. Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.

III. Lớp chuyển tiếp p – n

Lớp chuyển tiếp p – n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.

1. Lớp nghèo

- Ghép bán dẫn loại n và bán dẫn loại p với nhau. Tại lớp chuyển tiếp p – n electron tự do và lỗ trống trà trộn vào nhau.

- Khi electron gặp lỗ trống (là chỗ liên kết bị thiếu electron), nó sẽ nối lại mối liên kết ấy và một cặp electron – lỗ trống sẽ biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p – n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo. Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

- Ở lớp chuyển tiếp p – n, lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

- Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì:

+ Lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy theo điện trường vào lớp nghèo.

+ Electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo.

- Quy ước:

+ Chiều dòng điện qua được lớp nghèo (từ p sang n) là chiều thuận.

+ Chiều dòng điện không qua lớp nghèo (từ n sang p) là chiều ngược.

3. Hiện tượng phun hạt tải điện

- Khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p – n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Ta nói có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.

- Các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm vì cả hai miền p và n lúc này đều có electron và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau và biến mất từng cặp.

IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

- Điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p sang n nên khi nối nó vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều.

- Một số loại điôt bán dẫn:

Điôt chỉnh lưu

Điôt phát quang

Điôt ổn áp

V. Tranzito lưỡng cực n – p –n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

1. Hiệu ứng tranzito

- Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito.

- Xét tinh thể bán dẫn n1 – p – n2, các điện cực B, C, E.

+ Mật độ electron ở n2 >> mật độ lỗ trống ở p.

+ UBE điện áp thuận, UCE lớn (10V)

a. Khi miền p rất dày, n1 và n2 cách xa nhau:

+ Lớp n1 – p phân cực ngược, RCB lớn.

+ Lớp p – n2 phân cực thuận, electron phun từ n2 sang p, không tới được lớp p – n1; không ảnh hưởng tới RCB.

b. Khi miền p rất mỏng, n1 và n2 rất gần nhau:

Electron từ n2 phun vào p và lan sang n1 làm cho RCB giảm đáng kể.

2. Tranziro lưỡng cực n – p - n

Một lớp bán dẫn p rất mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n thực hiện trên một tinh thể bán dẫn (Ge, Si,…) là một tranzito lưỡng cực n – p – n.

- Tranzito có ba cực:

+ Cực góp hay colectơ, kí hiệu là C.

+ Cực đáy hay cực gốc hoặc bazơ, kí hiệu là B.

+ Cực phát hay emitơ, kí hiệu là E.

+ Ứng dụng: lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử

Mạch khuếch đại

Mạch điều khiển

Trắc nghiệm Vật lí 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

Câu 1. Các vật liệu có điện trở suất giảm mạnh khi tăng nhiệt độ, hoặc pha thêm tạp chất, hoặc bị chiếu sáng hay bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác được gọi là:

A. chất điện phân.

B. chất điện môi.

C. chất bán dẫn.

D. kim loại.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Các vật liệu có điện trở suất giảm mạnh khi tăng nhiệt độ, hoặc pha thêm tạp chất, hoặc bị chiếu sáng hay bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác được gọi là chất bán dẫn.

Câu 2. Bán dẫn tinh khiết là:

A. loại chất bán dẫn chỉ chứa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học và có mật độ electron dẫn bằng mật độ lỗ trống.

B. loại chất bán dẫn có mật độ nguyên tử tạp chất lớn hơn rất nhiều mật độ các hạt tải điện.

C. loại chất bán dẫn có mật độ các electron dẫn lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.

D. loại chất bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron dẫn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Bán dẫn tinh khiết là loại chất bán dẫn chỉ chứa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học và có mật độ electron dẫn bằng mật độ lỗ trống.

Câu 3. Bán dẫn loại p là

A. loại chất bán dẫn chỉ chứa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học và có mật độ electron dẫn bằng mật độ lỗ trống.

B. loại chất bán dẫn có mật độ nguyên tử tạp chất lớn hơn rất nhiều mật độ các hạt tải điện.

C. loại chất bán dẫn pha tạp có mật độ các electron dẫn lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.

D. loại chất bán dẫn pha tập có mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron dẫn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Bán dẫn loại p là loại chất bán dẫn pha tạp có mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron dẫn.

Câu 4. Bán dẫn loại n là

A. loại chất bán dẫn chỉ chứa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học và có mật độ electron dẫn bằng mật độ lỗ trống.

B. loại chất bán dẫn có mật độ nguyên tử tạp chất lớn hơn rất nhiều mật độ các hạt tải điện.

C. loại chất bán dẫn có mật độ các electron dẫn lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.

D. loại chất bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron dẫn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Bán dẫn loại n là loại chất bán dẫn có mật độ các electron dẫn lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.

Câu 5. Hạt tải điện trong chất bán dẫn là

A. electron và ion dương.

B. lỗ trống và ion âm.

C. electron, ion dương và ion âm.

D. electron và lỗ trống.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Hạt tải điện trong chất bán dẫn là: electron và lỗ trống.

Câu 6. Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn là

A. dòng chuyển dời có hướng của electron ngược chiều điện trường và ion dương cùng chiều điện trường.

B. dòng chuyển dời có hướng của electron ngược chiều điện trường và lỗ trống cùng chiều điện trường.

C. dòng chuyển dời có hướng của ion âm ngược chiều điện trường và ion dương cùng chiều điện trường.

D. dòng chuyển dời có hướng của electron ngược chiều điện trường và ion dương và lỗ trống cùng chiều điện trường.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của electron ngược chiều điện trường và lỗ trống cùng chiều điện trường.

Câu 7. Chất bán dẫn không có tính chất nào sau đây?

A. Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.

B. Điện trở suất của bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng, nên hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị dương.

C. Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, nên hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị âm.

D. Điện trở suất của bán dẫn giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Tính chất của chất bán dẫn

- Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, nên hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị âm.

- Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất.

- Điện trở suất của bán dẫn giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

Câu 8. Đôno là tạp chất:

A. sinh ra electron tự do mà không sinh ra lỗ trống.

B. sinh ra lỗ trống mà không sinh ra electron tự do.

C. có mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ electron tự do.

D. có mật độ lỗ trống và mật độ electron tự do bằng nhau.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Tạp chất đôno là tạp chất sinh ra electron tự do mà không sinh ra lỗ trống.

Câu 9. Axepto là tạp chất:

A. sinh ra electron tự do mà không sinh ra lỗ trống.

B. sinh ra lỗ trống mà không sinh ra electron tự do.

C. có mật độ electron tự do lớn hơn mật độ lỗ trống

D. có mật độ lỗ trống và mật độ electron tự do bằng nhau.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Axepto là tạp chất sinh ra lỗ trống mà không sinh ra electron tự do.

Câu 10. Câu nào sau đây là đúng khi nói về tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)?

A. Đôno là nguyên tử tạp chất làm tăng mật độ electron dẫn. Axepto là nguyên tử tạp chất làm tăng mật độ lỗ trống.

B. Axepto sinh ra electron tự do mà không sinh ra lỗ trống.

C. Đôno sinh ra lỗ trống mà không sinh ra electron tự do.

D. Trong bán dẫn loại n, mật độ electron dẫn tỉ lệ với mật độ đôno. Trong bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống dẫn tỉ lệ với mật độ axepto.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Đôno là nguyên tử tạp chất làm tăng mật độ electron dẫn. Axepto là nguyên tử tạp chất làm tăng mật độ lỗ trống.

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 19: Từ trường

Lý thuyết Bài 20: Lực từ. Cảm ứng từ

Lý thuyết Bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Lý thuyết Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

Lý thuyết Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ