Tài liệu kỹ thuật điện.chương 1 doc

6 588 2
Tài liệu kỹ thuật điện.chương 1 doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử CHNG 1: CHT BN DN 1.1. S lc v lch s phỏt trin ca ngh nh in t Vo nm 1947, ti phũng thớ nghim ca Bell, John Bardeen v Walter Brattain ó thnh cụng trong vi c phỏt minh Transistor l ng cc BJT(Bipolar Junction Transistor). õy l m t bc ngot ỏnh du s bt u ca thi i bỏn dn. Phỏt minh ny v mt chui phỏt trin ca cụng ngh vi in t ó tht s lm thay i cuc sng loi ngi. 1948 Transistor u tiờn ra i. õy l mt cuc Cỏch mng ca ng nh in t. 1950 Mch in t chuyn sang dựng transistor H mỏy tớnh dựng linh kin bỏn dn dng ri rc ra i (th h II) 1960 Mch tớch hp ra i (IC:Intergrated Circuit) H mỏy tớnh dựng IC ra i(th h III) 1970 Cỏc mch tớch hp mt cao h n ra i (MSI, LSI, VLSI) MSI: Medium Scale Intergrated Circuit LSI: Large Scale Intergrated Circuit VSI:Very Large Scale Intergrated Circuit 1980 n nay in t c ng dng rng r ói trong cỏc lónh vc nh y t, iu khin t ng, phỏt thanh, truyn h ỡnh 1.2. Linh kin in t: Ta xột hai loi linh kin c bn sau: Linh kin th ng: Cú cỏc thụng s khụng i di tỏc dng dũng in: in tr, t, cun cm Linh kin tớch cc: Cú cỏc thụng s thay i di tỏc dng dũng in: Diod, Transistor l ng cc BJT( Bipolar Junction Transistor): 1.3. Cht bỏn dn: 1.3.1.Cht bỏn dn thun: Hỡnh 1.1. Gin nng lng ca Si Vựng cm Vựng dn ca Si Nng lng Vựng hoỏ tr ca Si Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử Hai cht bỏn dn tiờu biu l: Silicon(Si) v Ge(Germanium). Si l cht bỏn dn m ti nhit phũng cú rt ớt e vựng dn trong mng tinh th. Vỡ dũng in t l vi s lng e nờn dũng in trong tinh th rt nh. nhit phũng, e vựng hoỏ tr nhy lờn vựng dn li l trng ti v trớ cha nú mang in tớch dng. Hin tng ny gi l s phỏt sinh in t -l trng. Hỡnh 1.2. S di chuyn ca in t v l trng trong Si khi cú ngun in Nu t ngun in nh hỡnh v thỡ e di chuyn v cc dng ca ngun. E vựng hoỏ tr cng cú th di chuyn v cc d ng ca ngun nu nú cú nng lng t mc nng l ng ca nú lờn mc nng lng ca l trng. Khi e n y nhp vo l trng thỡ nú li mt l trng phớa sau. V ỡ th lm l trng di chuyn v cc õm ca ngun. D ũng in trong cht bỏn dn l tng 2 thnh phn: dũng do e trong vựng d n v dũng do l trng trong vựng hoỏ tr. E di chuyn v cc dng nhanh hn l trng di chuyn v cc õm v ỡ kh nng e cú nng lng cn thit nhy l ờn vựng dn ln hn kh nng e cú nng l ng nhy n v trớ trng trong v ựng húa tr. Vỡ vy dũng e ln hn dũng l trng trong Si. Tuy nhiờn dũng ny v n nh nờn Si l cỏch in. 1.3.2 Cht bỏn dn tp: 1.3.2.1. Cht bỏn dn tp loi N Hỡnh 1.3. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi N Nng lng Vựng hoỏ tr ca Si Mc nng lng ca tp cht donor Vựng dn ca Si V Vựng dn ca Si Vựng hoỏ tr ca Si E Si Nng lng Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử Cht bỏn dn tp loi N l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt cht thuc nhúm V trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo cht bỏn dn thun. Ta xột trng hp pha tp P vo cht bỏn dn thun Si. iu n y tng ng lm xut hin mc nng l ng ca tp cht donor sỏt ỏy v ựng dn. Vỡ th nhit phũng cỏc e ca nguyờn t P nhy lờn vựng dn ca Si. Vỡ vy nguyờn t tp cht d b ion hoỏ thnh ion dng. Ngoi ra c ch phỏt sinh cp ht dn in t l trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn thun vi mc yu h n vỡ mc nng lng ca tp cht donor sỏt ỏyv ựng dn. Gi n n : mt in t trong vựng dn, p n : mt l trng trong v ựng hoỏ tr, thỡ n n >>p n .Vy dũng in trong cht bỏn dn loi N ch yu do in t to n ờn gi l ht dn a s, cũn l trng gi l ht thiu s. 1.3.2.2. Cht bỏn dn tp loi P: Cht bỏn dn tp loi P l cht bỏn dn cú c khi pha thờm mt cht thuc nhúm III trong bng h thng tun ho n Mendeleep vo ch t bỏn dn thun. Ta xột trng hp pha tp cỏc nguy ờn t As vo cht bỏn dn thun Si. iu n y tng ng lm xut hin mc nng lng gi l mc tp cht acceptor sỏt nh vựng hoỏ tr. Vỡ vy nguyờn t tp cht d b ion hoỏ th nh ion õm . Ngoi ra c ch phỏt sinh cp ht dn in t l trng xy ra ging nh c ch cht bỏn dn thun vi mc yu h n vỡ mc tp cht loi P sỏt nh v ựng hoỏ tr. Gi n p : mt in t trong vựng dn. Gi p p : mt l trng trong v ựng hoỏ tr., thỡ n p >>p p Vy dũng in trong cht bỏn dn loi P ch yu do l trng to n ờn gi l ht dn a s, cũn in t gi l ht thiu s. Hỡnh 1.4. Gin nng lng ca cht bỏn dn tp loi P 1.4.Tip xỳc p-n: Vựng hoỏ tr ca Si Mc tp cht acceptor Nng lng Vựng dn ca Si Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử Cho lp bỏn dn p, n tip xỳc nhau, ta cú tip xỳc p -n. 1.4.1. Nguyờn lý lm vi c: 1.4.1.1. Khi tip xỳc p-n cha c phõn cc: Do cú s chờnh lch ln v nng (n n >>n p , p p >>p n ) nờn cú hin tng khuch tỏn cỏc ht dn a s qua n i tip xỳc, to nờn dũng khuch tỏn I kt hng t min P sang min N. Ti vựng lõn cn hai bờn mt tip xỳc xut hin in tr ng ni E tx hng t vựng N sang vựng P (do ion t p cht to ra). Nú cn tr chuyn ng ca d ũng khuch tỏn v gõy ra dũng trụi I tr ca cỏc ht thiu s cú chiu t N sang P qua mt tip xỳc lm I tr tng, I kt gim. Quỏ trỡnh ny tip din cho n khi t n trng thỏi cõn bng ng. Lỳc ú I kt =I tr. , dũng qua tip xỳc bng 0, hiu th tip xỳc l 0.1V i vi Ge v 0.4 V i vi Si 1.4.1.2. Khi tip xỳc p-n c phõn cc nghch : Hỡnh 1.5. Tip xỳc p-n b phõn cc nghch in trng ni cựng chiu vi in trng ngoi nờn tng in trng ti vựng tip xỳc tng lm cho vựng tip xỳc m rng ra, d ũng khuch tỏn gim v 0, E tx K + A _ - E ng P N V + + + - - - in trng Vựng nghốo p n Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử dũng trụi do E tx gõy ra tng n mt giỏ tr gi l dũng ngc bóo ho I S . Dũng ny rt nh. Vy khi phõn cc nghch tip xỳc th ỡ khụng cú dũng chy qua (xem dũng bóo ho ngc bng khụng). 1.4.1.3. Khi tip xỳc c phõn cc thun : Hỡnh 1.6. Tip xỳc p-n c phõn cc nghch in trng ni ngc chiu vi in tr ng ngoi nờn tng in trng ti vựng tip xỳc gim lm cho vựng tip xỳc b thu hp li, cỏc ht a s d dng di chuyn qua vựng tip xỳc ny, dũng khuch tỏn cú chiu t A n K tng mnh, dũng trụi do E tx gõy ra khụng ỏng k . Vy khi phõn cc thun tip xỳc th ỡ cú dũng chy qua tip xỳc p -n, nú quan h vi in ỏp gia hai u tip xỳc nh sau: 11 T D D V v S v kT q SD eIeIi Trong ú: v D : in ỏp hai u tip xỳc. I S : dũng bóo ho ngc. k: hng s Boltman k =1,38.10 -23 J/ 0 K. q : in tớch ca ht dn, q=1,6.10 -19 C V T : th nhit nhit phũng V T = 25,5mV. K _ A + - E ng E tx P N V Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử 1.4.1.4. Kt lun: Tip xỳc p-n ch cho dũng in chy qua theo mt chiu t p n n. ú chớnh l tớnh cht chnh lu ca tip xỳc p-n. 1.5. c tuyn V- A c tuyn V-A ca tip xỳcp-n mụ t mi quan h gia d ũng v in ỏp trờn hai u tiộp xỳc. Hỡnh 1.7. c tuyn V-A ca tip xỳc p-n. V BR : in th ỏnh thng l in ỏp ngc ti a m tip xỳc p-n cú th chu ng khi phõn cc ng c m khụng b hng. Lỳc ny, tip xỳc p-n dn in c theo c chiu nghch. 1.6. Hin tng ỏnh thng: Khi in ỏp ngc ln, dũng ln lm cỏc e va chm vo cỏc e c nh khỏc lm tng s e nờn dũng in tng vt, ngha l tip xỳc p-n dn in c theo c chiu nghch, phỏ v c tớnh chnh l u ca nú, gi l hin tng ỏnh thng. Nguyờn nhõn ỏnh th ng cú th do in hoc do nhit, v ỡ vy cú ba loi ỏnh thng c bn: ỏnh thng v in, ỏnh thng v nhit, v ỏnh thng nhit -in. Trong ú s ỏnh thng v nhit do s tớch lu nhit trong v ựng nghốo. Khi cú in ỏp ngc ln, dũng in ngc tng lm núng cht bỏn dn, khin nng ht dn thiu s tng v lm dũng in ngc tng. Quỏ trỡnh c nh th lm cho nhit vựng nghốo v dũng ng c tng nhanh, dn ti ỏnh thng. i D 0.2 v Si I D Nghch Thun V BR R 0.7 v v D Ge . dn, q =1, 6 .10 -19 C V T : th nhit nhit phũng V T = 25,5mV. K _ A + - E ng E tx P N V Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử 1. 4 .1. 4. Kt. Chương 1: Chất bán dẫn Bi giảng môn Kỹ thuật điện tử CHNG 1: CHT BN DN 1. 1. S lc v lch s phỏt trin ca ngh nh in t Vo nm 19 47, ti phũng thớ

Ngày đăng: 13/12/2013, 23:15

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan