Bài giảng Vật lý 11 - Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn - Năm học 2022-2023 - Tổ 12 - Trường THPT Yên Mỹ

CHÀO CÁC EM ĐÃ THAM GIA GIỜ HỌC 
VẬT LÝ 
Ôn lại kiến thức bài trước 
Câu 1: Hãy cho biết hạt tải điện trong kim loại và phát biểu bản chất của dòng điện trong kim loại? 
+ Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do 
+ Bản chất của dòng điện trong kim loại: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyền rời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường 
Ôn lại kiến thức bài trước 
Câu 2: Hãy cho biết hạt tải điện trong chất điện phân và phát biểu bản chất của dòng điện trong chất điện phân? 
+ Hạt tải điện trong chất điện phân là ion dương và ion âm được phân ly từ chất điện phân 
+ Bản chất của dòng điện trong chất điện phân: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyền rời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường 
Ôn lại kiến thức bài trước 
Câu 3: Hãy cho biết hạt tải điện trong chất khí và phát biểu bản chất của dòng điện trong chất khí? 
+ Hạt tải điện trong chất khí là ion dương, ion âm và electron tự do 
+ Bản chất của dòng điện trong chất khí: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra 
Bài 15: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN 
I. Chất bán dẫn và tính chất 
 1. Định nghĩa chất bán dẫn 
 2. Tính chất điện của chất bán dẫn tinh khiết 
 3. Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết 
 4. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết 
II. Chất bán dẫn tạp chất 
 1. Bán dẫn loại n 
 2. Bán dẫn loại p 
 3. Lớp chuyển tiếp p-n 
 4. Ứng dụng của dòng điện trong chất bán dẫn 
Nội dung chính của bài 
 (m) 
T ( 0 K) 
 ​ 
I. Chất bán dẫn 
Bán dẫn 
Dẫn điện 
Điện môi 
1. Định nghĩa 
Chất bán dẫn là các chất có điện trở suất lớn hơn chất dẫn điện, nhưng nhỏ hơn của chất điện môi 
 dẫn điện < bán dẫn < điện môi 
2. Tính chất điện 
+ Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn lớn. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của chất bán dẫn giảm nhanh 
+ Điện trở suất của bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất có trong chất bán dẫn 
+ Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi bị chiếu sáng hoặc chịu tác động của các tác nhân ion hóa khác 
Em đã biết những gì về chất bán dẫn? 
Kim loại 
Bán dẫn 
Tính chất điện của chất bán dẫn như thế nào? 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
3. Hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết 
+ Liên kết trong tinh thể bán dẫn là liên kết cộng hóa trị (liên kết bằng các đôi điện tử dùng chung) 
+ Ở nhiệt độ thấp liên kết cộng hóa trị rất bền vững, các electron bị giữ trong liên kết. Trong chất bán dẫn hầu như không có hạt tải điện, nên điện trở suất của bán dẫn rất lớn 
+ Khi nhiệt độ tăng liên kết cộng hóa trị kém bền, các electron dao động mạnh, một số bị bứt ra thành electron tự do, để lại chỗ trống nhiễm điện dương di chuyển được gọi là lỗ trống, nên điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh 
+ Hạt tải điện trong chất bán dẫn là electron tự do (electron dẫn) và lỗ trống 
Hạt tải điện trong chất bán dẫn là gì? Chúng xuất hiện như thế nào? 
Tại sao điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ? 
Ở nhiệt độ bình thường ( 20 0 C), khoảng 10 10 nguyên tử chất bán có 1 cặp electron dẫn và lỗ trống 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
+ Khi chưa có điện trường các electron tự do và lỗ trống chuyển động hỗn độn về mọi phía trong tinh thể bán dẫn 
+ Khi có điện trường các electron tự do và lỗ trống chịu tác dụng của lực điện nên có thêm chuyển động có hướng sinh ra dòng điện 
4. Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn 
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển rời có hướng của các electron dẫn ngược chiều điện trường và các lỗ trống theo chiều điện trường, 
Khi chưa có và khi có điện trường, các hạt tải điện của chất bán dẫn chuyển động thế nào? 
Hãy phát biểu bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn? 
II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn tạp chất 
Khả năng dẫn điện của chất bán dẫn kém hơn rất nhiều so với chất dẫn điện 
Khả năng cách điện của chất bán dẫn kém hơn nhiều so với điện môi 
1. Bán dẫn loại n 
+ Pha thêm vào bán dẫn tinh khiết một lượng nhỏ nguyên tố có hóa trị 5 (Asen). Khi tham gia mạng tinh thể, nguyên tử As liên kết với 4 nguyên tử Si, còn thừa một electron hóa trị, liên kết yếu với hạt nhân nên bị tách ra thành electron tự do (electron dẫn) . 
+ Trong tinh thể bán dẫn có thêm hạt tải điện là electron dẫn, khả năng dẫn điện tăng rất nhiều so với bán dẫn tinh khiết 
+ Trong bán dẫn loại n: Electron dẫn (nhiều) là hạt tải điện cơ bản, lỗ trống (ít) là hạt tải điện không cơ bản 
+ Tạp chất cho thêm electron tự do gọi là tạp chất cho (đono) 
Si 
As 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
As 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Trong thực tế, con người sử dụng bán dẫn tạp chất. Có hai loại là loại n và loại p 
2. Bán dẫn loại p 
+ Pha thêm vào bán dẫn tinh khiết một lượng nhỏ nguyên tố có hóa trị 3 (Indi). Khi tham gia mạng tinh thể, nguyên tử In liên kết với 4 nguyên tử Si, thiếu một electron hóa trị, nguyên tử In chiếm một electron trong liên kết của bán dẫn tinh khiết làm xuất hiện thêm lỗ trống, Bán dẫn có thêm hạt tải điện là lỗ trống 
+ Trong bán dẫn loại p: Lỗ trống (nhiều) là hạt tải điện cơ bản, electron dẫn (ít) là hạt tải điện không cơ bản 
+ Tạp chất nhận electron tự do từ bán dẫn tinh khiết gọi là tạp chất nhận (axepto) 
Si 
In 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
In 
Si 
Si 
Si 
Si 
Si 
Bán dẫn tạp chất dẫn điện tốt hơn nhiều so với bán dẫn tinh khiết 
So với kim loại, khả năng dẫn điện của bán dẫn tạp chất vẫn kém hơn rất nhiều 
III. Lớp chuyển tiếp p-n 
1. Định nghĩa 
Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn 
2. Lớp nghèo 
+ Ở chỗ tiếp xúc hình thành một lớp mà các electron dẫn của bán dẫn loại n lấp đầy lỗ trống của bán dẫn loại p, nên lớp này hầu như không có hạt tải điện, có điện trở rất lớn gọi là lớp nghèo 
+ Các electron tự do, lỗ trống chuyển động hỗn độn, một số khuếch tán qua lớp tiếp xúc. Số lelectron dẫn từ miền n sang miền p nhiều hơn từ miền p sang miền n, số lỗ trống từ miền p sang miền n nhiều hơn từ miền n sang miền p, nên miền n tích điện dương, miền p tích điện âm 
p 
n 
Lớp nghèo 
+ + + + 
- - - - 
+ Ở chỗ tiếp xúc xuất hiện điện trường có tác dụng ngăn electron dẫn từ miền n sang miền p, lỗ trống từ miền p sang miền n 
+ Điện trường này lại kéo các lỗ trống từ miền n sang miền p, electron dẫn từ miền p sang miền n 
Lớp chuyển tiếp p-n là gì? Được hình thành như thế nào? Có đặc tính như thế nào? 
3. Tính dẫn điện của lớp chuyển tiếp p-n 
+ Khi mắc miền p với cực dương, miền n với cực âm của nguồn điện, sinh ra điện trường hướng từ miền p sang miền n 
+ Dưới tác dụng của điện trường, lỗ trống từ p và electron dẫn từ n vào lớp tiếp xúc, làm lớp nghèo có hạt tải điện, điện trở nhỏ và trở thành dẫn điện. Vì vậy sẽ có dòng điện theo chiều từ miền p sang miền n (chiều thuận) 
+ Khi mắc miền n với cực dương, miền p với cực âm của nguồn điện, sinh ra điện trường hướng từ miền n sang miền p 
+ Dưới tác dụng của điện trường, lỗ trống và electron ra xa lớp nghèo, không có hạt tải điện đến lớp nghèo, điện trở rất lớn và không dẫn điện (chiều ngược) . 
+ Lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện chủ yếu theo một chiều từ p sang n 
p 
n 
+ + + + 
- - - - 
+ 
- 
p 
n 
+ + + + 
- - - - 
+ 
- 
4. Ứng dụng của dòng điện trong chất bán dẫn 
+ Điot bán dẫn: Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, dùng trong nhiều mạch điện tử 
+ Tranzito: Dùng trong các mạch khuếch đại điện từ, các mạch điện tử chủ động 
+ Vi mạch điện tử (IC): Dùng rộng rãi trong các mạch điện tử trong công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá, điều khiển từ xa, công nghệ thông minh 
Củng cố bài học 
Câu 1: Tìm nhận định sai trong các câu sau 
A. Hạt tải điện trong chất bán dẫn là electron dẫn và lỗ trống 
B. Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển rời có hướng của các electron dẫn ngược chiều điện trường và các lỗ trống theo chiều điện trường 
C. Liên kết trong tinh thể bán dẫn là liên kết cộng hoá trị. Ở nhiệt độ thấp liên kết này rất bền vững, nên trong chất bán dẫn hầu như không có hạt tải điện 
D. Điện trở suất của chất bán dẫn lớn hơn của điện môi và nhỏ hơn của chất dẫn điện 
Củng cố bài học 
Câu 2: Tìm nhận định sai trong các câu sau 
A. Trong chất bán dẫn tinh khiết, số lỗ trống bằng số electron tự do 
B. Trong chất bán dẫn tạp chất loại n số electron dẫn nhỏ hơn số lỗ trống 
C. Trong chất bán dẫn tạp chất loại p số lỗ trống lớn hơn số electron dẫn 
D. Lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện chủ yếu theo 1 chiều từ miền p sang miền n 
Nội dung tự học 
1. Ôn tập nội dung bài đã học 
+ Chất bán dẫn: Định nghĩa, tính chất điện của bán dẫn tinh khiết 
+ Giải thích tính chất điện của bán dẫn tinh khiết 
+ Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn tinh khết 
+ Bán dẫn tạp chất loại n và loại p: Cách tạo ra, hạt tải điện 
+ Lớp chuyển tiếp p-n: Sự hình thành, tính dẫn điện của lớp chuyển tiếp p-n 
+ Ứng dụng của dòng điện trong chất bán dẫn 
+ Làm các bài tập có liên quan trong SGK và tài liệu học tập 
2. Chuẩn bị bài học tiếp theo: 
Bài 18: Từ trường 
+ Các nội dung chính của bài 
+ Các nội dung đó như thế nào 
Đèo cao thì mặc đèo cao 
Trèo lên đến đỉnh ta cao hơn đèo