Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 37 - Dòng điện trong chất bán dẫn (t1)

Tiết: 37 Ngày soạn: 17/11/2007 BÀI 23: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN (T1) Mục tiêu Kiến thức: - Trình bày được các tính chất đặc biệt của chất bán dẫn làm cho nó được xếp vào một loại vật dẫn riêng, khác với các vật dẫn quen thuộc là kim loại. - Biết được các hạt tải điện trong chất bán dẫn là electron tự do, lỗ trống và cơ chế tạo thành các hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết. - Học sinh nêu được bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn. - Học sinh biết được tác dụng của tạp chất có thể thay đổi một cách cơ bản tính chất điện của chất bán dẫn. Bằng cách pha tạp chất thích hợp, người ta có thể tạo thành chất bán dẫn loại n và loại p với nồng độ hạt mong muốn. Kỹ năng: - Giải thích được tính chất dẫn điện của bán dẫn tinh khiết. - Phân biệt được bán dẫn loại p và bán dẫn loại n. Thái độ: Có thái độ nghiêm túc, tích cực, chủ động trong học tập, yêu thích môn học, thảo luận sôi nổi. Phương pháp Kết hợp phương pháp phát vấn và phương pháp thuyết trình, và phương pháp trực quan. Chuẩn bị Giáo viên: Giáo án, SGK, SBT, STK, soạn giảng bằng giáo án điện tử. Học sinh: Chuẩn bị bài theo yêu cầu của giáo viên. Tiến trình lên lớp Ổn định lớp: Nắm sĩ số Kiểm tra bài củ: Không Nội dung bài mới: Đặt vấn đề: Trong công nghiệp cũng như trong đồi sống các linh kiện điện tử có mặt khắp nơi. Phần lớn các linh kiện điện tử này đều được làm bằng vật liệu bán dẫn. Vậy bán dẫn có những tính chất gì? Bản chất của dòng điện qua chất bán dẫn như thế nào chúng ta sẽ tìm hiểu trong tiết hôm nay. Triển khai bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ NỘI DUNG KIẾN THỨC Hoạt động 1: Tìm hiểu các tính chất điện của bán dẫn GV: Không có ranh giới rõ rệt giữa kim loại bán dẫn và điện môi. GV: Yêu cầu học sinh nghiên cứu SGK tìm hiểu các tính chất điện của bán dẫn. HS: Hoạt động các nhân nghiên cứu trình bày các đặc điểm của chất bán dẫn. 1. Tính chất điện của bán dẫn - Bán dẫn là vật liệu trung gian giữa kim loại và điện môi: - Tính chất: + Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng → ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất kém (giống như điện môi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim loại). + Tính chất điện của bán dẫn phu thuộc rất mạnh vào các tạp chất có mặt trong tinh thể. + Điện trở của bán dẫn cũng giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa. Hoạt động 2: Tím hiểu bản chất của dòng điện trong bán dẫn tinh khiết GV: Thông báo khái niệm bán dẫn tinh khiết. GV: Mô tả cấu tạo của tinh thể silic. Thực ra dòng điện đều do dòng chuyển động của electron sinh ra. GV: Khi ở nhiệt độ cao, các electron chuyển động như thế nào? GV: Ở nhiệt độ cao, trong tinh thể bán dẫn có những hạt mang điện nào? HS: Êlectrôn tự do và lỗ trống GV: Không có cường độ điện trường thì có dòng điện chạy qua chất bán dẫn hay không? GV: Khi có điện trường thì hiện tượng gì xãy ra? GV: Hảy nêu bản chất dòng điện trong chất bán dẫn. 2. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết * Khái niệm bán dẫn tinh khiết: SGK + Si có hoá trị 4, 4 electron liên kết chặt chẽ với hạt nhân, liên kết giữa các nguyên tử bền vững. Ở nhiệt độ thấp, tất cả êlectrôn đều tham gia liên kết Þ tinh thể Si không dẫn điện. Ở nhiệt độ tương đối cao, các nguyên tử dao động mạch Þ một số liên kết bị phá vỡ Þ e- được giải phóng thành e- tự do và tạo thành một lỗ trống. - e- ở liên kết gần đó lấp đầy lỗ trống đó nhưng đồng thời tạo ra một lỗ trống khác Þ lỗ trống bên trong mạng tinh thể có thể di chuyển từ chỗ này sang chỗ khác giống như sự di chuyển của iôn dương. - Khi không có điện trường: I = 0 - Khi có điện trường: e- chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường Þ xuất hiện dòng điện. * Bản chất dòng điện trong bán dẫn: SGK * Chú ý: - Ở bán dẫn tinh khiết số electron và số lỗ trống bằng nhau. - Độ dẫn điện của bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng * Ứng dụng: - Nhiệt điện trở - Quang điện trở Hoạt động 3: Tìm hiểu sự dẫn điện của bán dẫn pha tạp GV: Nếu pha vào tinh thể silic một lượng rất nhỏ các nguyên tử P. Nguyên tử P có 5 electron ở lớp ngoài cùng thì xảy ra hiện tượng gì? HS: Nghiên cứu SGK trả lời câu hỏi GV: Lúc này mật độ e như thế nào so với lỗ trống? GV: Vậy hạt mang điện cơ bản trong bán dẫn này là gì? GV: Giả sử pha vào tinh thể silic một lượng rất nhỏ các nguyên tử B. Nguyên tử B có 3 electron ở lớp ngoài cùng thì hiện tượng gì xảy ra? HS: Nghiên cứu SGK trả lời câu hỏi GV: Lúc này mật độ e như thế nào so với lỗ trống? GV: Vậy hạt mang điện cơ bản trong bán dẫn này là gì? 3. Tính chất điện của bán dẫn Bán dẫn loại n (Tạp chất Đô no) Khi pha nguyên tử có 5 electron ở lớp ngoài cùng vào Silic thì 4 electron trong số đó tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử silic ở gần còn electron thứ 5 thì liên kết rất yếu với hạt nhân và dễ dàng tách khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do. Kết quả : - Mật độ electron rất lớn so với mật độ lỗ trống Þ bán dẫn loại n. - Trong bán dẫn loại n hạt mang điện cơ bản là electron, còn lỗ trống là hạt mang điện không cơ bản. * Bán dẫn loại n (Tạp chất Axepto) Khi pha nguyên tử có 3 electron ở lớp ngoài cùng vào Silic 3 electron này tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử silic ở gần. Vậy nguyên tử còn thiếu 1 electron để tham gia vào liên kết với nguyên tử silic ở gần. Do đó nó sẽ chiếm 1 electron của 1 nguyên tử gần nhất, electron vừa đi ra đã để lại sau nó 1 lỗ trống. Kết quả : - Mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ electron Þ bán dẫn loại p. - Trong bán dẫn loại p, hạt mang điện cơ bản là lỗ trống còn electron là hạt mang điện không cơ bản. Củng cố: P1. Chọn câu phát biểu sai Chất bán dẫn có đặc điểm Điện trở suất của chất bán dẫn lớn hơn so với kim loại nhung nhỏ hơn so với chất điện môi. Điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Điện trở suất phụ thuộc rất mạnh vào hiệu điện thế. Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc nhiều vào các tạp chất có mặt trong tinh thể. P2. Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn là Dòng chuyển rời có hướng của các electron và lỗ trống ngược chiều điện trường. Dòng chuyển rời có hướng của các electron và lỗ trống cùng chiều điện trường. Dòng chuyển rời có hướng của các electron theo chiều điện trường và các lỗ trống ngược chiều điện trường. Dòng chuyển rời có hướng của các lỗ trống theo chiều điện trường và các electron ngược chiều điện trường. P3. Câu nào dưới đây nói về phân loại chất bán dẫn là không đúng? Bán dẫn hoàn toàn tinh khiết là bán dẫn trong đó mật độ electron bằng mật độ lỗ trống. Bán dẫn tạp chất là bán dẫn trong đó các hạt tải điện chủ yếu được tạo bởi các nguyên tử tập chất. Bán dẫn loại n là bán dẫn trong đó mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron. Bán dẫn loại p là bán dẫn trong đó mật độ electron tự do nhỏ hơn rất nhiều mật độ lỗ trống. P4. Chọn câu trả lời đúng. A. Electron tự do và lỗ trống đều chuyển động ngược chiều điện trường. B. Electron tự do và lỗ trống đều mang điện tích âm. C. Mật độ các hạt tải điện phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, tạp chất, mức độ chiếu sáng. D. Độ linh động của các hạt tải điện hầu như không thay đổi khi nhiệt độ tăng. Dặn dò: * Bài tập về nhà: 1, 2, 3 SGK * Bài mới: “Dòng điện trong chất bán dẫn (Tiết 2)” Thế nào là lớp tiết xúc p-n? Điều gì xãy ra tại lớp tiếp xúc p-n?