Giáo án môn Vật lý lớp 11 - Tiết 32, 33: Dòng điện trong chất bán dẫn

 Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN Ngày 11/9/08
 	 Tiết 32-33
I. MỤC TIÊU
Thực hiện được các câu hỏi:
	 Chất bán dẫn là gì? Nêu những đặc điểm của chất bán dẫn? Hai loại hạt tải điện trong chất bán dẫn là gì? Lỗ trống là gì? Chất bán dẫn loại n và loại p là gì? Lớp chuyển tiếp p-n là gì? Tranzito n-pn là gì?
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên: 	+ Chuẩn bị hình 17.1 và bảng 17.1 sgk ra giấy to.
	+ Chuẫn bị một số linh kiện bán dẫn thường dùng như điôt bán dẫn, tranzito, LED,  Nếu có linh kiện hỏng thì bóc vỏ ra để chỉ cho học sinh xem miếng bán dẫn ở linh kiện ấy.
2. Học sinh: Oân tập các kiến thức quan trọng chính:
	+ Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại.
	+ Vài thông số quan trọng của kim loại như điện trở suất, hệ số nhiệt điện trở, mật độ electron tự do.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động 1: Oån định lớp
Hoạt động 2 : Kiểm tra bài cũ : 
-Vì sao chân không không dẫn điện ? Bằng cách nào tạo được dòng điện trong chân không ?
-Tia catôt là gì ? có thể tạo ra catôt bằng cách nào ?
-Hãy kể 2 ứng dụng của tia catôt mà em biết ?
Hoạt động 3: Đặt vấn đề.
 Trong công nghiệp củng như trong đời sống, các linh kiện bán dẫn có mặt khắp nơi, hay nói cách khác là sự bùng nổ công nghệ thông tin. Vậy sự bùng nổ ấy bắt nguồn từ đâu ? nó bắt nguồn từ các chất bán dẫn.
Hoạt động 4 : Tìm hiểu chất bán dẫn và tính chất.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 -GV giới thiệu 1 số bán dẫn thông dụng nhất và điển hình nhất.
-Hướng dẫn hs nghiên cứu sgk theo định hướng về điện trở suất của bán dẫn và trả lời câu hỏi sau:
+ So sánh điện trở suất của bán dẫn với điện trở suất của kim loại với điện trở suất của điện môi ? 
+ Điện trở suất của bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào ?
+ Tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc vào tạp chất như thế nào ?
- GV chốt lại kiến thức cơ bản
-Nghe và quan sát mẫu bán dẫn.
- So sánh: 
đm
-Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của bán dẫn tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.
-Điện trở suất của bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất, chỉ cần 1 lượng nhỏ tạp chất cũng đủ làm điện trở suất của nó giảm đi rất nhiều. Điện trở suất của bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của tác nhân ion hoá.
-Nghe và ghi chép vào tập học.
I. Chất bán dẫn và tính chất
-Điện trở suất của các chất bán dẫn nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và chất điện môi.
 - Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là gecmani và silic.
-Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và tạp chất
Hoạt động 5 : Tìm hiểu hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
- Gv treo hình vẽ 17.1 ; 17.2 ; 17.3 và phân tích , giới thiệu cho hs thấy rõ:
+ Trong mạng tinh thể tinh khiết silic, mỗi nguyên tử si liên kết với 4 nguyên tử Si gần nhất bằng cách có chung cặp ê hoá trị.
+ Khi chuyển động nhiệt, làm đứt mối liên kết giửa 2 nguyên tử Si tạo ra 1 ê tự do và lổ trống.
+ Khi pha tạp chất có hoá trị 5( như P, As,Sb) vào bán dẫn Si thì có 4 ê hoá trị liên kết với 4 Si gần nó nhất, còn 1 ê trở thành ê tự do
----> làm số hạt ê tăng lên và hạt mang điện chủ yếu là ê, gọi là bán dẫn loại n.
+ Khi pha tạp chất có hoá trị 3(như Al, Ga, B) chỉ có 3 hoá trị liên kết với 3 Si gần nhất, còn thiếu 1 ê liên kết nên làm tăng số lổ trống tăng lên, số hạt mang điện chủ yếu là lổ trống, gọi là bán dẫn loại p. 
 Giới thiệu bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
-Cho biết bản chất dòng điện trong chất bán dẫn ?
-Yêu cầu hs đọc mục II.3 và phân tích từ hình vẽ 17.3 ; 17.4 sgk để nêu quá trình hình thành ê và chuyển động của nó trong chất bán dẫn ?
-Hãy xem bảng 17.1 và trả lời C1 ?
-GV nhận xét câu trả lời của hs
-HS quan sát hvẽ, nghe gv phân tích và giới thiệu về bán dẫn loại n và bán dẫn loại p.
-Nếu đặt vào 2 đầu bán dẫn 1 hiệu điện thế thì xuất hiện điện trường tác dụng lên: ê và lổ trống chuyển dời có hướng 
-HS đọc sgk và trả lời theo định hướng của gv:
 Bán dẫn chứa tạp chất cho là bán dẫn loại n, có mật độ ê rất lớn so với mật độ lỗ trống.
 Bán dẫn chứa tạp chất nhận là bán dẫn loại p, có mật độ lổ trống rất lớn so với mật độ ê.
-HS quan sát bảng 17.1 và trả lời câu C1
-HS ghi nhận vào vở.
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
 -Khi pha tạp chất có 5 hoá trị vào bán dẫn tinh khiết, làm số hạt ê tăng lên. Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n. 
- Khi pha tạp chất có 3 hoá trị vào bán dẫn tinh khiết, làm số lổ trống tăng lên. 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 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)
-Bán dẫn chứa tạp chất cho hay đôno là bán dẫn loại n, có mật độ ê rất lớn so với mật độ lổ trống.
-Bán dẫn chứa tạp chất nhận hay axepto là bán dẫn lại p, có mật độ lổ trống rất lớn so với mật độ ê.
Hoạt động 6 : Tìm hiểu lớp chuyển tiếp p-n.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 Giới thiệu lớp khái niệm chuyển tiếp p-n, sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n 
-Hãy trả lời câu C2 ?
-Từ hình vẽ 17.5, nếu mắc nguồn điện vào 2 đầu của bán dẫn thì dòng điện qua bán dẫn như thế nào?
 Yêu cầu học sinh thực hiện C2.
-GV kết luận về lớp nghèo và dòng điện qua lớp nghèo.
-Khi dòng điện qua lớp nghèo theo chiều thuận thì xẩy ra hiện tượng gì ?
-Vận dụng tính dẫn điện 1 chiều của bán dẫn qua lớp nghèo, người ta chế tạo thiết bị gì để biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều ?
-Hãy xem hình 17.7 về cấu hình chỉnh lưu
 -Ghi nhận khái niệm lớp chuyển tiếp p-n
-Các ion+ và ion- có mặt ở lớp nghèo là do kết quả của sự ra đi của ê và lỗ trống từ các mặt bên đó vào trong lớp nghèo và tái hợp với nhau và điện trở ở lớp nghèo rất lớn.
-Nếu mắc cực + nguồn điện vào bán dẫn loại p và cực – vào bán dẫn loại n thì các hạt cơ bản chuyển dời có hướng gây ra dòng điện thuận. Nếu mắc ngược lại, thì lực điện trường tác dụng lên các hạt cơ bản dừng lại, còn hạt không cơ bản chuyển động có hướng gây ra dòng điện rất nhỏ, gọi là dòng điện nghịch. Vậy dòng điện chỉ có 1 chiều qua lớp tiếp xúc từ p --->n 
-HS ghi nhận khái niệm vào tập vở.
-Xảy ra hiện tượng phun hạt tải điện cho nhau: Phần p phun lổ trống qua n và phần n phun ê qua p
- Chế tạo điôt bán dẫn để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều.
-HS quan sát chiều dòng điện chạy qua R chỉ 1 chiều.
III. Lớp chuyển tiếp p-n
 Lớp chuyển tiếp p-n là chổ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên 1 tinh thể bán dẫn.
1. Lớp nghèo dòng điện chạy qua lớp nghèo
 -Lớp chuyển tiếp p-n không có hoặc có rất ích hạt tải điện, gọi là lớp nghèo.
 Dòng diện chạy qua lớp nghèo chủ yếu từ p sang n. Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n là chiều thuận, chiều từ n sang p là chiều ngược.
2. Hiện tượng phun hạt tải điện
 Khi dòng điện đi qua lớp nghèo theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Đó sự phun hạt tải điện.
3.Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn.
Dòng điện chỉ chạy theo chiều thuận nên dùng lớp nghèo làm điôt bán dẫn để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1chiều.
Hoạt động 7 : Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 -Treo hình 17.8 trên bảng .
-Hãy xem hình 17.8a , ta thấy p dày, còn n1 và n2 rất xa nhau.
-Hãy phân tích sự phân cực của các lớp ?
-Khi miền p rất mỏng, n1 và n2 rất gần nhau, có sự phân cực thuận của lớp p – n2 và xảy ra sự phun các hạt tải điện, sẽ có hiện tượng gì xảy ra ? (hình 17.8b)
-Giới thiệu khái niệm tranzito lưỡng cực ?
-Từ hình vẽ 17.9 và xem sgk, hãy tìm hiểu cấu tạo của tranzito lưỡng cực ?
-Hướng dẫn hs trả lời cậu C3 
-Tranzito được ứng dụng để làm gì?
-Quan sát hình vẽ trên bảng.
-Lớp n1 –p phân cực ngược, chỉ có dòng ê rất nhỏ chạy từ p---> n1 và lổ trống từ p chạy ngược lại
 => R rất lớn . Lớp p – n2 phân cực thuận, dòng điện chủ yếu là dòng ê phun từ n2 ---> p , các ê không tới được miền n1 – p nên không ảnh hưởng đến điện trở của miền này.
-Nếu miền p mỏng, dòng ê phun từ từ n2 sang p, các ê sẽ tới được n1 –p làm điện trở của miền này bị giảm xuống, gọi là hiệu ứng tranzito.
-Theo dõi và hiểu được khái niệm.
-HS dựa vào hình vẽ và trả lời về cấu tạo của tranzito.
-Được, đó là tranzito p-n-p
- Ứng dụng phổ biến của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và các khóa điện tử.
IV. Tranzito lưỡng cực n-p-n
1. Hiệu ứng tranzito
 Xét một tinh thể bán dẫn trên đó có tạo ra một miền p, và hai miền n1 và n2. Mật độ electron trong miền n2 rất lớn so với mật độ lỗ trống trong miền p. Trên các miền này có hàn các điện cực C, B, E. Điện thế ở các cực E, B, C giữ ở các giá trị VE = 0, VB vừa đủ để lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận, VC có giá trị tương đối lớn (cở 10V).
- Giã sử miền p rất dày, n1 cách xa n2
 Lớp chuyển tiếp n1-p phân cực ngược, điện trở RCB giữa C và B rất lớn.
 Lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận nhưng vì miền p rất dày nên các electron từ n2 không tới được lớp chuyển tiếp p-n1, do đó không ảnh hưởng tới RCB.
- Giã sử miền p rất mỏng, n1 rất gần n2
 Đại bộ phận dòng electron từ n2 phun sang p có thể tới lớp chuyển tiếp n1-p, rồi tiếp tục chạy sang n1 đến cực C làm cho điện trở RCB giảm đáng kể.
 -Hiện tượng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito.
 -Vì đại bộ phận electron từ n2 phun vào p không chạy về B mà chạy tới cực C, nên ta có IB << IE và IC » IE. Dòng IB nhỏ sinh ra dòng IC lớn, chứng tỏ có sự khuếch đại dòng điện.
2. Tranzito lưỡng cực n-p-n
- Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2 gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n.
 - Tranzito có ba cực:
+ Cực góp hay là côlectơ (C).
+ Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazơ (B).
+ Cực phát hay Emitơ (E).
- Ứng dụng phổ biến của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và các khóa điện tử.
Hoạt động 8 : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
-Nhắc lại những kiến thức cơ bản đã học trong bài.
-Yêu cầu học sinh về nhàthực hiện các câu hỏi làm các bài tập trang 6, 7 sgk.
-Về nhà xem bài học mới
-Nắm được những kiến thức cơ bản.
-Nhận nhiệm vụ về nhà làm bài tập.
-Về nhà xem bài học mới.