Giáo án giảng dạy môn Vật lý 11 - Chương III: Dòng điện trong các môi trường - Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

Giáo Viên:VÕ KHẮC NGUYÊNTỔ: TOÁN - LÍ CHÀO MỪNG QUÝ THẦY CÔ VỀ DỰ GIỜ LỚP 11B7TRƯỜNG THCS HOÀI TÂNKIỂM TRA BÀI CŨCâu 1: Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của: các ion dương và âm phát ra từ catôt khi bị nung đỏ. các electron được đưa từ bên ngoài vào khoảng giữa hai bản cực đặt trong chân không. các electron phát ra từ catôt khi bị nóng đỏ. các electron và ion dương phát ra từ anôt khi bị nung đỏ.Câu 2: Catôt của một điôt chân không có diện tích mặt ngoài S = 10 mm2. Dòng điện bão hòa qua điôt Ibh = 16 mA. Tính số eletron phát ra từ một đơn vị diện tích của catôt trong 1 giây.Giải: Số electron phát ra từ catôt của điôt khi có dòng điện bảo hòa trong 1 giây là: N = q / e = I t / e = 1017Số electron phát ra từ một đơn vị diện tích của catôt khi có dòng điện bảo hòa trong 1 giây là: n = N / S = 1022Bài 17: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪNI. CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT CƠ BẢN:1. Chất bán dẫn là gì ? Bán dẫn là những chất có tính dẫn điện không thể xem là kim loại hay điện môi. Tiêu biểu là Silic (14Si) và Gecmani (32Ge) 2. Vài tính chất cơ bản của chất bán dẫn:a. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của bán dẫn tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, nghĩa là hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị âm.b. Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất. Chỉ cần có một lượng tạp chất nhỏ cũng làm điện trở suất của chất bán dẫn thay đổi đáng kể.c. Điện trở suất của một số chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc khi bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.Bán dẫnKim loạimAĐiện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào ? Hệ số nhiệt điện trở có giá trị dương hay âm ?Chất bán dẫnÁnh sángII.HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN,BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p:1. Electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết:Mỗi nguyên tử Silic 14Si ( hay 32Ge ) có 4 electron hóa trị.Khi tạo thành mạng tinh thể, mỗi nguyên tử Silic liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Silic lân cận. Các e- hóa trị đều bị liên kết, trong mạng không có hạt tải điện. Vì vậy, ở nhiệt độ thấp Silic là chất cách điệnLỗ trốngElectron liên kếtElectron dẫnMỗi nguyên tử Silic 14Si có mấy electron và trong đó có mấy electron ở lớp ngoài cùng ?Trong mạng tinh thể, các nguyên tử Silic liên kết với nhau thế nào ?1. Electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết:Khi một electron bị rứt khỏi mối liên kết, trở thành một electron tự do (electron dẫn) thì nó để lại một lỗ trống thiếu e- liên kết và được xem là hạt mang điện dương.Electron và lỗ trống là 2 hạt tải điện trong BD tinh khiết.Dòng điện trong chất BD tinh khiết là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động đồng thời cùng chiều điện trường.Trong BD tinh khiết hay BD loại i, electron dẫn và lỗ trống có mật độ bằng nhau nhưng nhỏ, chúng được gọi là những hạt tải điện thiều số.II. HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN – BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p:II. HẠT TẢI ĐiỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN – BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p:2. Bán dẫn loại n và tạp chất cho (đôno):Bán dẫn n là bán dẫn tạp chất có hạt tải điện mang điện âm. Khi pha tạp chất phôtpho (P), asen (As) hoặc antimon (Sb) là các nguyên tố có 5 e- hóa trị vào mẫu Silic thì e- thứ 5 của nguyên tử tạp trở thành e- tự do trong tinh thể BD, giúp nó dẫn điện ngay ở nhiệt độ thấp. Electron tự doMỗi nguyên tử tạp “cho” tinh thể bán dẫn một electron dẫn nên được gọi là tạp chất cho hay đôno. Tạp chất cho (đôno) làm tăng đáng kể mật độ electron dẫn nhưng không tăng mật độ lỗ trống nên hạt tải điện chủ yếu trong BD loại n là electron dẫnII. HẠT TẢI ĐiỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN – BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p:2. Bán dẫn loại n và tạp chất cho (đôno):II. HẠT TẢI ĐiỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN – BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p:3. Bán dẫn loại p và tạp chất nhận (axepto):Bán dẫn p là BD tạp chất có hạt tải điện mang điện dương.Khi pha tạp Bo (B), nhôm (Al) hoặc Gali (Ga) là các nguyên tố có 3 e- hóa trị vào mẫu Silic thì mỗi nguyên tử tạp sẽ lấy một e- liên kết của nguyên tử Silic lân cận và sinh ra một lỗ trống mang điện dương, giúp BD dẫn điện ngay ở nhiệt độ thấp. Lỗ trống (+)3. Bán dẫn loại p và tạp chất nhận (axepto):II. HẠT TẢI ĐiỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN – BÁN DẪN LOẠI n VÀ BÁN DẪN LOẠI p:Mỗi nguyên tử tạp “nhận” từ tinh thể một e- liên kết nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto.Tạp chất nhận (axepto) làm tăng đáng kể mật độ lỗ trống nhưng không tăng mật độ electron dẫn nên hạt tải điện chủ yếu trong BD loại p là lỗ trống.Điện trở suất và mật độ hạt tải điện của gecmani pha tạp gali ở 300 KTỉ lệ tạp chất0 %10-6 %10-3 %Điện trở suất 0,5 10-1 10-4Mật độ lỗ trống2,5.1019 m-33,7.1020 m-33,7.1023 m-3Mật độ electron2,5.1019 m-31,7.1018 m-31,7.1015 m-3So sánh điện trở suất của bán dẫn gecmani tinh khiết, gecmani pha tạp gali 10-6% và gecmani pha tạp gali 10-3% ở nhiệt độ 300 K với nhau và với điện trở suất của các kim loại (khoảng 10-8 )III. LỚP CHUYỂN TIẾP p-n:1. Vị trí lớp chuyển tiếp p-n:Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền BD loại p và miền BD loại n được tạo ra trên một tinh thể BD.2. Lớp nghèo:Tại lớp chuyển tiếp p-n có sự trà trộn vào nhau của hai hạt tải điện là e- dẫn và lỗ trống của hai BD; chúng nối lại liên kết và cùng biến mất. Kquả, ở đây hình thành một lớp không có hạt tải điện, có điện trở rất lớn, gọi là lớp nghèo.Ở lớp nghèo, về phía BD n có các ion đôno tích điện dương và về phía BD p có các ion axepto tích điện âm.Bán dẫn nBán dẫn pLỗ trốngElectron dẫnLớp chuyển tiếp++++----Câu 1: Phát biểu nào dưới đây là chính xác ?Người ta gọi Silic là chất bán dẫn vìnó không phải là kim loại, cũng không phải là điện môi.hạt tải điện trong đó có thể là electron hoặc lỗ trống.điện trở suất của nó rất nhạy cảm với nhiệt độ, tạp chất và các tác nhân ion hóa khác.Cả ba lí do trên.CỦNG CỐCâu 2: Hạt tải điện chủ yếu trong BD loại n, trong BD loại p là những hạt gì ? Đáp án: Hạt tải điện chủ yếu trong BD loại n là electron.Hạt tải điện chủ yếu trong BD loại p là lỗ trốngEChiều chuyển động của lỗ trốngChiều chuyển động của electronKÍNH CHÀO QUÍ THẦY CÔ!CHÚC QUÝ THẦY CÔ SỨC KHỎE VÀ CÔNG TÁC TỐT!