trúc tinh thể của silicon. Các nguyên tử này có năm electron bên ngoài trong quỹ đạo ngoài cùng của chúng để chia sẻ với các nguyên tử lân cận và thường được gọi là các tạp chất “có hóa trị năm” (Pentavalent).
Điều này cho phép bốn trong năm electron quỹ đạo liên kết với các nguyên tử silicon lân cận với nó và nó sẽ để lại một "electron tự do" trở thành hạt mang điện di động khi đặt vào điện áp. Khi mỗi nguyên tử tạp chất "tặng" một electron, các nguyên tử pentavalent thường được gọi là "chất cho".
Antimon (ký hiệu Sb) cũng như Photpho (ký hiệu P), thường được sử dụng làm phụ gia “pentavalent” cho silicon. Antimon có 51 electron được bố trí trong năm lớp vỏ xung quanh hạt nhân của nó với quỹ đạo ngoài cùng có 5 electron. Nguyên liệu cơ bản của chất bán dẫn dẫn đến dư thừa các electron mang dòng điện, mỗi electron có điện tích âm, và được gọi là vật liệu loại N với các electron gọi là “hạt dẫn đa số” trong khi các lỗ trống được gọi là “Hạt dẫn thiểu số”.
Khi được kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài, các electron được giải phóng khỏi các nguyên tử silic bởi sự kích thích này nhanh chóng được thay thế bằng các electron tự do có sẵn từ các nguyên tử Antimony pha tạp. Nhưng hành động này vẫn để lại một electron phụ (electron tự do) trôi nổi xung quanh tinh thể pha tạp làm cho nó tích điện âm.
Hình 3.2: Cấu trúc chất bán dẫn loại N
Có thể bạn quan tâm!
-
Xác Định Chiều Đường Sức Từ Trong Dây Thẳng -
Điện Cảm Tương Hỗ (Mutual Inductance) -
Cuộn Cảm Song Song Cảm Ứng Trái Cực -
Các Đặc Điểm Cơ Bản Của Diode (Basic Characteristics Of Diode) -
Ký Hiệu Của Diode Schottky Ứng Dụng Của Diode Schottky -
Mạch Chỉnh Lưu Bán Kỳ Dùng 1 Diode
Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.
Sau đó, vật liệu bán dẫn loại N có mật độ “chất cho” của nó lớn hơn mật độ nhận của nó, nói cách khác, nó có nhiều electron hơn các lỗ do đó tạo ra một cực âm như hình minh họa trên.
3.1.3 Bán dẫn loại P (P-type Semiconductor Basics)
Tương tự như loại N nhưng hạt dẫn đa số là lỗ trống, thiểu sooslaf electron, chất pha tạp là những chất thuộc nhóm III như nhôm (Al)
Hình 3.3: Cấu trúc Chất bán dẫn loại P Dòng điện chảy trong chất bán dẫn loại p như thế nào
Các electron được kéo đến cực dương (+) và di chuyển đến gần các lỗ. Khi các electron di chuyển đến các lỗ trống, các lỗ mới được tạo ra và sau đó các electron lân cận chuyển sang các lỗ trống mới một lần nữa.
Khi quá trình này được lặp lại, các electron di chuyển về cực dương (+), và đồng thời, các lỗ xuất hiện để di chuyển về phía cực âm (-) âm.
Chỉ có các electron thực sự đang di chuyển, nhưng các lỗ có thể được xem như là các hạt tích điện dương.
Hình 3.4: Cơ chế tạo dòng điện của các lỗ trống (hole)
3.1.4 Chuyển động của các electron và lỗ trong chất bán dẫn
Các electron di chuyển về phía cực dương. Lúc này xuất hiện một dòng điện chảy theo hướng ngược lại của chuyển động của các electron.
Hình 3.5: Chiều dòng điện và chiều của electron trong bán dẫn loại N
Các electron là những gì đang thực sự di chuyển, nhưng các lỗ xuất hiện để di chuyển theo hướng của cực âm.
Hình 3.6: Chiều dòng điện và chiều của các lỗ (hole) trong bán dẫn loại P Kết quả là, cả hai chất bán dẫn loại P và loại N có thể có dòng điện
chạy qua, nhưng chúng không dẫn điện như kim loại. Do đó, không cần sử dụng chất bán dẫn nếu mục đích duy nhất là dòng chảy hoặc độ dẫn điện hiện tại. Ưu điểm hoặc đặc điểm của chất bán dẫn là khả năng cho phép hoặc dừng lưu lượng dòng chảy dựa trên một số điều kiện nhất định. Nguyên tắc cơ bản là bằng cách sử dụng mối nối P - N.
Thế nào mối nối P – N (What is a P - Njunction)
Chất bán dẫn loại p được nối với chất bán dẫn loại n để tạo thành một tiếp giáp P - N. Thiết bị phát sinh từ việc kết hợp một chất bán dẫn loại p và loại n được gọi là diode nối tiếp P - N.
Hình 3. 7: Các hạt mang điện tại mối nối P - N
3.1.5 Phân cực thuận tiếp điểm P - N
Hình 3. 8: Phân cực thuận cho mối nối P - N
Khi điện áp được đặt lên tiếp điểm P - Nsao cho P nối với cực dương (+), N nối cực âm (-) khi đó các lỗ và các electron có thể được di chuyển về phía bề mặt giao nhau (Mối nối).
Hình 3. 9: Dòng điện hình thành từ mối nối P - N
Khi lỗ và electron gặp nhau tại mối nối, các electron nhảy vào lỗ và cả hai đều bị loại bỏ. Sau khi các electron bị loại bỏ, nhiều electron hơn sẽ chuyển vào lớp N, và các electron chảy ra từ lớp P, tạo ra các lỗ mới. Điều này được lặp lại, cho phép dòng điện tiếp tục chảy.
3.1.6 Phân cực ngược mối nối P - N
Điện áp được đặt cho tiếp điểm P – N sao cho N là cực dương (+), còn P là cực âm (-)
Hình 3. 10: Cách phân cực nghịch mối nối P - N
Dòng điện không chảy qua được mối nối. Đây là vùng không có bất kỳ lỗ và electron nào… gọi là lớp cạn kiệt (depletion layer)
Hình 3. 11:Vùng nghèo kiệt tăng lên
Vì các lỗ và electron di chuyển ra xa nhau, chúng không gặp nhau ở mối nối và dòng điện không thể chảy. Một khu vực hình thành gần với giao diện, được gọi là lớp suy giảm, hay vùng nghèo kiệt, nơi mà không có bất kỳ lỗ và electron nào.
3.2. Diode bán dẫn
3.2.1 Cấu trúc và ký hiệu
Mối nối P – N được tạo ra trên silicon với 2 điện cực là một diode. Các Diode sử dụng một tiếp giáp P – N được gọi là Diode chỉnh lưu. Các Diode chỉnh lưu với các đặc tính chuyển mạch được cải thiện được gọi là Diode phục hồi nhanh (FRD)
Hình 3. 12: Cấu tạo và ký hiệu của Diode chỉnh lưu
Một diode sử dụng kim loại thay vì một chất bán dẫn loại p được gọi là một diode rào cản Schottky (SBD).
3.2.2 Phân cực thuận (Forward bias)
Khi một điện áp được áp dụng theo hướng thuận dòng điện chạy từ A đến K. Khi đó có một điện áp VF chuyển tiếp xảy ra giữa A và K. Tổn thất xảy ra do VF, là lý tưởng là VF rất nhỏ xem như bằng 0 volt.
Phía bán dẫn N:
Trường điện nội sẽ kéo các điện tử về phía N và điện trường ngoài (hướng từ cực + sang cực -) sẽ kéo các electron về phía P. Vì điện trường ngoài lớn hơn nhiều so với điện trường nội, nên số lượng lớn điện tử sẽ hướng về phía P