CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN

- CÁC DỤNG CỤ BÁN DẪN 3.1 CƠ CHẾ BÁN DẪN.
- Bán dẫn thuần.
- Như vậy chất bán dẫn trở thành chất dẫn điện..
- Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn thuần hay bán dẫn đơn chất..
- Bán dẫn tạp.
- Nhừng bán dẫn thuần như trên dẫn điện không tốt.Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn người ta trộn thêm tạp chất vào bán dẫn thuần để được bán dẫn mới có nồng độ các hạt dẫn cao gọi là bán dẫn tạp.Bán dẫn tạp có 2 loại là loịa n và loại p.
- Bán dẫn loại cho n..
- Nếu ta trộn tạp chất thuộc nhóm V của bảng hệ thống tuần hoàn Medeleep vào bán dẫn thuần thì một nguyên tử tạp chất với 5 nguyên tử lớp ngoài cùng sẽ có 4 điện tử tham gia liên kết với 4 nguyên tử bán dẫn , còn lại là một điện tử tự do.
- Ví dụ trên hình 3.2 là bán dẫn Gecmani (ký hiệu Ge) được trộn với asen (As)..
- Tạp chất ở đây đã cho điện tử nên tạo thành bán dẫn loại “cho.
- Hạt dẫn điện (hay gọi là động tử)chính ở bán dẫn loại “cho ” n là điện tử với mật độ n n.
- Bán dẫn loại lấy p.
- Nếu ta trộn vào vào bán dẫn thuần chất Indi (In)thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn thì để tạo được 4 cặp điện tử liên kết hoá trị với 4 nguyên tử bán dẫn,ngoài 3 điện tử của một nguyên tử In sẽ có một điện tử của nguyên tử Ge lân cận được lấy vào..
- Bán dẫn loại này có tạp chất lấy.
- điện tử nên gọi là bán dẫn loại “lấy” ký hiệu là p.
- Cần nói thêm rằng trong bán dẫn loại cho n vẫn có lẫn hạt dẫn phụ là lỗ trống với nồng độ p n , trong bán dẫn loại “lấy”p vẫn có lẫn hạt dẫn phụ là điện tử với mật độ là n P .
- Một số hiện tượng vật lý trong bán dẫn.
- Trong bán dẫn tạp cũng như bán dẫn thuần diễn ra một số quá trình vật lý ảnh hưởng đến tính chất dẫn điện của chúng.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy tích số của hai nồng độ hạt dẫn chính và phụ trong bất cứ một bán dẫn tạp nào ở điều kiện cân bằng là một hằng số:.
- Như vậy muốn thay đổi nồng độ của động tử (hạt dẫn) trong bán dẫn tạp ta cần thay đổi nồng độ động tử trong bán dẫn thuần..
- Trong bán dẫn loại n số điện tử tự do luôn bằng số ion dương N D.
- còn trong bán dẫn loại p số “lỗ trống ” luôn luôn bằng số ion âm N A.
- Trong bán dẫn các ion luôn có thể nhận điện tích để trở thành nguyên tử trung tính.
- Như vậy cứ một lần tái hợp thì trong bán dẫn lại mất đi một cặp điện tích và bán dẫn lại chuyển sang một trạng thái mới..
- Khi đó cần quan tâm đến sự gia tăng nồng độ của các hạt dẫn phụ vì chúng có vai trò quyết định trong cơ chế phát sinh dòng điện trong các dụng cụ bán dẫn mà ta sẽ nghiên cứu sau này..
- Trong bán dẫn loại n, sự giảm nồng độ lỗ trống theo thời gian ( sự tái hợp của lỗ trống với điện tử trong điều kiện nồng độ điện tử cao) là ∆p(t) thì.
- τ P - thời gian sống của lỗ trống trong bán dẫn loại n.
- Tương tự trong bán dẫn loại P.
- (3.3) τ P , τ n quyết định tính tác động nhanh ( tần số làm việc) của các dụng cụ bán dẫn..
- MẶT GHÉP n-p.
- Mặt ghép n-p là cơ sở để tạo nên hầu hết các dụng cụ bán dẫn và vi mạch.Vì vậy việc nghiên cứu bán dẫn là nghiên cứu các quá trình vật lý trong mặt ghép n-p..
- 55 Cho hai đơn tinh thể bán dẫn n và p tiếp xúc với nhau ( bằng công nghệ đặc biệt).
- Trong bán dẫn loại n hạt dẫn chính là điện tử, hạt dẫn phụ là lỗ trống .
- trong bán dẫn loại p hạt dẫn chính là lỗ trống và hạt.
- Do có sự chênh lệch về nồng độ hạt dẫn cùng loại giữa hai khối bán dẫn nên điện tử từ lớp n khuếch tán sang lớp p và ngược lại lỗ trống từ lớp p khuếch tán sang lớp n.
- Khi đạt trạng thái cân bằng, hai bên của mặt tiếp xúc đã hình thành hai miền điện tích trái dấu ( miền điện tích dương ở bán dẫn n, miền điện tích âm ở bán dẫn p.
- hướng từ bán dẫn n sang bán dẫn p gọi là điện trường tiếp xúc U tx (hình 3.4a)..
- Ở điều kiện tiêu chuẩn hiệu điện thế tiếp xúc cỡ 0,3V đối với bán dẫn Ge, cỡ 0,6V với bán dẫn Si..
- Phân cực mặt ghép bán dẫn bằng điện trường ngoài..
- mặt ghép n-p phân cực ngược:.
- ĐIÔT BÁN DẪN.
- 3.3.1.Cấu tạo của điôt bán dẫn.
- Điôt bán dẫn được cấu tạo từ một mặt ghép n-p với mục đích sử dụng nó như một van điện .
- Ở điôt tiếp điểm, mặt tiếp xúc giữa hai lớp bán dẫn thu nhỏ lại hầu như chỉ còn ở một điểm nhằm mục đích giảm.
- Trên ký hiệu A-anot- cực dương ứng với lớp p, K-catot - cực âm ứng với bán dẫn loại n..
- thuộc vào hạt dẫn phụ lúc cân bằng, vào bản chất của bán dẫn tạp và vào nhịêt độ môi trường).
- một điểm trên đặc tuyến (hình 3.7-tại điểm M):.
- Nếu trên một đế bán dẫn ta tạo ra hai mặt ghép n-p liên tiếp nhau thì ta có một tranzisto lưỡng cực (bipolar ) hay đơn giản quen gọi là tranzisto.
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Tranzisto có hai mặt ghép n- p cấu tạo từ ba lớp bán dẫn tạp khác tính nên nó có thể là p-n-p hoặc n-p-n (hình 3.8) .Loại tranzisto p-n-p có cấu trúc và ký hiệu như ở hình 3.8a gọi là tranzisto thuận, loại n-p-n hình 3.8b gọi là tranzisto ngược..
- Cấu tạo của một tranzisto trình bày trên hình 3.9a.Miền bán dẫn p thứ nhất gọi là cực phát E - cực Emitơ , đó là miền có nồng độ tạp chất lớn, tức là nồng độ lỗ trống lớn để phát ra lỗ trống.
- Hình 3.14.
- Từ hình 3.15a thì:.
- Tranzisto trường FET (Field - effect - tranzisto) hoạt động nhờ sự điều khiển kênh dẫn bán dẫn bằng một điện trường ngoài.
- Dòng điện trong tranzisto trường chỉ do một loại bán dẫn tạo ra.
- Tranzisto trường JFET có thể có kênh dẫn ra là bán dẫn p hoặc n.
- Trên đế tinh thể bán dẫn silic loại n người ta tạo bọc quanh nó một lớp.
- Trên đế tinh thể bán dẫn silic loại n người ta tạo bọc quanh nó một.
- lớp bán dẫn loại p có nồng độ tạp chất cao hơn nhiều so với đế, rồi đưa ra ba cực điện cực là : cực nguồn S.
- FET có cực cửa cách ly có cấu trúc kim loại - điện môi - bán dẫn (metal - isolator - semicondactor) nên gọi là MISFET.
- Trên đế bán dẫn Silic tạp loại p (Si-p) người ta pha tạp chất bằng công nghệ đặc biệt để tạo nên hai miền bán dẫn n+ (nồng độ tạp chất cao hơn so với đế) và lấy ra cực máng D và cực nguồn S.
- Hình 3.20 .Họ đặc tuyến ra của tranzisto trường kênh dẫn n.
- hình 3.23b).
- Hoàn toàn tương tự như kênh dẫn loại n vừa xét, trên đế bán dẫn loại n ta có thể tạo kênh dẫn loại p loại JFET hoặc MOSFET..
- Thizisto chế tạo từ 4 lớp bán dẫn tạp tạo thành 2 mặt ghép n-p liên tiếp như ở hình 3.24a.
- 3.7 CÁC DỤNG CỤ QUANG ĐIỆN BÁN DẪN.
- trình bày ở như ở hình 3.27a,b.
- Trên đế cách điện 1 người ta phủ một màng hoặc một khối bán dẫn 2 và có hai cực 3 đưa ra để hàn vào mạch.
- Hình 3.26ký hiệu của Diac.
- 75 động vào lớp bán dẫn.
- Khi không có ánh sáng chiếu vào thì khối bán dẫn có số hạt dẫn nhất định nên điện trở của khối cũng có một trị số nhất định.
- Dưới tác động của ánh sáng, một số điện tử của lớp ngoài cùng chuyển sang vùng dẫn, làm tăng hạt dẫn trong cả hai loại bán dẫn.
- Như vậy trong bán dẫn n sẽ thừa điện tử vì mất lỗ trống, trong bán dẫn p thì thừa lỗ trống vì mất điện tử.
- Kết quả mặt ngoài của hai bán dẫn tạo nên một suất điện động quang E F cỡ 0,1V.
- (hình 3.29a).
- .Đặc tuyến của Tranzisto quang có dạng như ở hình 3.29b.
- Nó sử dụng khả năng phát quang của bán dẫn trong trạng thái đánh thủng.
- Ở một số bán dẫn dưới tác dụng của cường độ điện trường cỡ V/cm quá trình đánh thủng bắt đầu, kết quả là một số điện tử từ vùng hoá trị nhảy lên vùng dẫn.
- Năng lượng này là các bức xạ ánh sáng có bước sóng phụ thuộc vào bản chất của bán dẫn.
- Ở hình 3.30a : 1 là lớp bán dẫn phát quang, 2 và 5 là hai điện cực để đưa vào điện áp xoay chiều bảo đảm lớp 1 làm việc ở chế độ đánh thủng,.
- Trong mạch này một miền dẫn của vật liệu bán dẫn và điện môi sẽ thực hiện chức năng của một linh kiện riêng rẽ nào đó hoặc thực hiện chức năng của một tập hợp linh kiện.
- Có hai phương thức phân chia là IC có đế bán dẫn và IC có đế cách điện..
- IC đế bán dẫn có loại nguyên khối và loại xếp chồng.
- Công nghệ bán dẫn a.
- Bán dẫn Silic đơn tinh thể được tạo ra từ silic đa tinh thể có độ tinh khiết cao.
- Người ta nung chảy bán dẫn đa tinh thể, sau đó “kéo mầm” đơn tinh thể từ thỏi đa tinh thể nóng chảy đó với một tốc độ kéo rất chậm, quá trình như vậy người ta gọi là quá trình “nuôi” đơn tinh thể.
- Để có tĩnh dẫn điện cần thiết cho đế bán dẫn trong quá trình nuôi đơn tinh thể người ta đưa thêm vào thành phần chất bán dẫn những tạp chất phụ để tạo ra tính dẫn điện loại n hoặc p tuỳ ý..
- Tại rìa của bán dẫn được sẻ một khấc nhỏ làm mốc định vị trong quá trình gia công tiếp theo.
- Miếng tinh thể đó chính là đế bán dẫn được tạo ra.
- Nếu trong quá trình epitaxi người ta thêm vào trong thành phần khí tạp chất để tạo bán dẫn p.
- hoặc n thì sẽ được lớp bán dẫn p hoặc n..
- Hình 3.33 Cấu trúc của điên trở khuếch tán và tranzisto planar trong IC bán dẫn.Tiếp theo người ta cho ôxy hoá bản tinh thể ở nhiệt độ c trong môi trường O 2 hoặc hơi nước, trên mặt lớp epitaxi sẽ tạo được một lớp SiQ 2 mỏng cách điện..
- Hình 3.33 mô.
- Điện trở được tạo tách biệt với miền cực góp bằng hai lớp bán dẫn có sắp xếp cực tính đối nhau (một mặt ghép n-p theo chiều thuận còn mặt ghép kia theo chiều ngược), do đó trên thực tế mối liên kết có tính chất gavanic giữa chúng sẽ không có.
- Sau đây ta xét một số tính của các linh kiện điển hình được tạo ra nhờ công nghệ bán dẫn trong các IC.
- Điện trở trong IC bán dẫn : Có thể tạo được điện trở trị số 10Ω ÷ 50kΩ với sai số ± 10.
- Tụ điện trong IC bán dẫn: Tụ điện thường thì không có.
- Điôt trong IC bán dẫn : Điôt được hình thành trên cơ sở cấu trúc tranzisto..
- Tranzisto trong bán dẫn : tranzisto có thể là tranzisto trường hoặc tranzisto.
- Với tranzisto trường: Trong IC bán dẫn có hai loại tranzisto trường là loại khuếch tán và loại MOS.
- Mạch IC màng dày được chế tạo bằng phương pháp đồ hình trên đế bán dẫn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt