Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 38: Dòng điện trong chất bán dẫn (tiếp)

Tiết 37: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN. (Tiếp) Ngày soạn: I- Mục tiêu: + Hiểu và giải thích được tác dụng của tạp chất làm thay đổi một cách cơ bản tính chất điện của bán dẫn. Biết được bằng cách pha tạp chất thích hợp người ta tạo nên bán dẫn loại p và loại n với nồng độ hạt tải điện mong muốn . + Trình bày được sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n và giải thích được tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p – n. II- Chuẩn bị: 1. Giáo viên: + Bảng phụ vẽ hình 23.8, 23.10, 23.11, 23.12 2. Học sinh. + Ôn tập kiến thức của tiết 1 III- Tổ chức các hoạt động học tập: Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên . Kiểm tra bài cũ(.) * Trả lời các câu hỏi của GV * Nêu các câu hỏi: 1. Nêu sự khác nhau cơ bản giữa tính chất điện của bán dẫn và kim loại? 2. Trình bầy sự xuất hiện các hạt tải điện tự do trong bán dẫn tinh khiết? Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết là gì? 3. Giải thích tại sao độ dẫn điện của bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng? Nêu ứng dụng của tính chất đó? . Tìm hiểu bán dẫn loại p: * Trả lời: _ Pha một lượng nhỏ P vào tinh thể Si. _ Tăng hạt tải điện là e mà không tăng lỗ trống. * Cá nhân: Được. Chọn tạp chất thích hợp. * Cá nhân đọc tài liệu và trả lời: _ Cặp e - lỗ trống. _ Các lỗ trống. Vì B là nguyên tố hoá trị 3, khi tham gia liên kết với 4 nguyên tử Si lân cận có mối liên kết bị thiếu e, . Một e ở liên kết gần đó có thể chuyển đến lấp đầy liên kết này tạo ra lỗ trống. * Nghe, ghi chép. * Trả lời: _ Tuỳ theo tỉ lệ của tạp chất P hay B mà ta thu được bán dẫn loại n hay p. * Hỏi : Bằng cách nào có thể tạo ra bán dẫn loại n? Tạp chất pha vào đã có tác dụng gì? Như vậy ta đã biết cách tạo ra bán dẫn loại n từ Si. Vậy có thể tạo ra bán dẫn mà hạt tải điện cơ bản là lỗ trống từ Si hay không? Nếu được cần phải nghĩ đến việc gì? * Đúng vậy, bằng cách chọn tạp chất thích hợp người ta đã tạo ra được loại bán dẫn có tạp chất khác đó là bán dẫn loại p. Ta tìm hiểu bán dẫn loại p. * Cả lớp tìm hiểu mục 3.b sau đó trả lời câu hỏi sau: Khi pha nguyên tố B vào tinh thể Si thì được chất bán dẫn có tạp. Hạt tải điện trong bán dẫn có tạp đó là gì? Hạt nào là cơ bản? giải thích rõ điều đó? * Nhấn mạnh: Như vậy ta thấy tạp chất B có tác dụng làm tăng hạt tải điện là lỗ trống mà không tăng e. Do đó hạt tải điện cơ bản trong bán dẫn khi đó là lỗ trống, bán dẫn đó gọi là bán dẫn lõ trống hay bán dẫn loại p * ĐVĐ: Vậy nếu đồng thời pha cả hai loại tạp chất P và B vào Si thì thu được kết quả gì? * Tóm lược: Như vậy chúng ta thấy bằng cách chọn loại tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn một chác thích hợp ta có thể thu được những bán dẫn thuộc loại mong muốn có những tính chất điện cần thiết. Đây là một điều rất có ý nghĩa và quan trong trong kỹ thuật. . Tìm hiểu lớp chuyển tiếp p – n( ....) * Tìm hiểu tài liệu và trả lời:  _ Lớp chuyển tiếp p- n được hình thành khi cho hai mẫu bán dẫn khác loại p và n tiếp xúc nhau. * Cá nhân trả lời: _ Có sự khuyếch tán của các e và lõ trống từ mẫu p sang mẫu n và ngược lại. _ Dòng khuyếch tán từ p sang n chủ yếu là dòng lỗ trống ( vì bên p mật độ lỗ trống lớn hơn). Lỗ trống từ p sang n tái hợp với e tự do. Do vậy ở bên bán dẫn n gần mặt phân cách hai mẫu bán dẫn khong còn hạt tải điện tự do nữa, chỉ còn các ion dương tạp chất. _ Dòng khuyếch tán từ phía n sang p chủ yếu là các e . Phía mẫu p, gần mặt phân cách hai mẫu, có các ion tạp chất mang điện âm. * Cá nhân trả lời: _ Ở mặt phân cách giữa hai mẫu bán dẫn, bên phía n có một lớp điện tích dương Còn bên phía bán dẫn p có một lớp điện tích âm. Ở lớp tiếp xuác xuất hiện một đienẹ trường trong , hướng từ phía n sang p. Điện trường này có tác dụng ngăn cản sự khuyếch tán của các hạt mang điện đa số nhưng lại thúc đẩy sự khuyếch tán của những hạt thiểu số, tăng dần làm dòng khuyếch tán của các hạt tải đienẹ da số giảm dần. Sự khuyếhc tán coi như dừng lại khi điện trường đó đạt giá trị ổn định. * Nghe, ghi chép. * Ở tiết trước chúng ta đã nói chất bán dẫn có ứng dụng rất rộng rãi, và ta đã tìm hiểu về sự dẫn điện của bán dẫ tinh khiết và bán dẫn có tạp. Để hiểu về những ứng dụng của chất bán dẫn chúng ta tiếp tực xem xét tính chất của lớp chuyển tiếp p – n: * Yêu cầu: Cả lớp dựa vào mục 4.a SGK Hãy cho biết: Bằng cách nào tạo ra được lớp chuyển tiếp p – n? * Hỏi: Khi có sự tiếp xúc giữa hai mẫu bán dẫn p và n thì có hiện tượng gì xảy ra? {* Hướng dẫn chậm để học sinh hiểu rõ, kết hợp với hình vẽ mô tả.} * Kết quả của hiện tượng đó là gì? { Làm rõ sự xuất hiện điện trường , tác dụng của , dùng hình vẽ mô tả} * Thông báo: Khi đienẹ trường ở lớp tiếpxúc đạt giá trị ổng định ta nói rằng ở chỗ tiếp xúc hai loại bán dẫn đã hình thành lớp chuyển tiếp p-n. Lớp chuyển tiếp có đienẹ trở lớn, vì ở đó hầu như không có hạt tải đienẹ tự do như trên đã phân tích. * { Lưu ý: Thự tế người ta tạo ra lớp chuyển tiếp bằng cách pha các tạp chất một cáh thiíchhợp vào bán dẫn. Lớp này còn gọilà lớp nghèo hạt tải điện hay lớp nghèo} . Tìm hiểu dòng điện qua lớp chuyển tiếp p- n: (..) * Cá nhân quan sát hình vẽ, xem tài liệu và trả lời câu hỏi: _ Dòng điện có cường độ lớn, có chiều từ p sang n, được tạo thành chủ yếu bởi hạt tải điện cơ bản. _ U tạo ra điện trường ngoài ở lớp chuyển tiếp ngược chiều , Làm dòng chuyển dời của các hạt tải đienẹ đa số được tăng cường tạo ra dòng điện qua lớp tiếp xúc lớn * Nghe, ghi chép. * Cá nhân tìm hiểu tài liệu và giải thích: _ Cường độ dòng điện nhỏ, chiều từ n sang p, gây nên bởi các hạt tải điện thiểu số. _ U tạo ra điện trường ngoài ở lớp chuyển tiếp cùng chiều , Làm dòng chuyển dời của các hạt tải điện đa số bị ngắt hẳn, chỉ còn dòng các hạt mang đện thiểu số qua lớp tiếp xúc. * Nghe, ghi chép: * Trả lời: _ Dòng điện thuận (lớp tiếp xúc mắc theo chiều thuận) có cường độ lớn. _ Dòng điện ngược có cường độ nhỏ. _ Lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện tốt theo một chiều từ p sang n. * Nghe, ghi chép. * ĐVĐ: Dòng điện qua lớp chuyển tiếp có tính chất gì đặc biệt? * Dùng hình vẽ đặt vấn đề: Xét trường hợp mắc hai đầu của mẫu bán dẫn có lớp chuyển tiếp p-n vào hiệu điện thế U sao cho cực dương nối với p cực âm nối với n . Hãy nêu nhận xét về dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n? Phaâ tích để làm rõ nhận xét đó? { HD: Chỉ ra chiều đienẹ trường ngoài, tác dụng của điện trường đó.} * NHấn mạnh: Dòng điện có cường độ lớn, chiều từ p sang n do các hạt tải điện cơ bản tạo nên, gọi là dòng điện thuận.được gây nên bởi HĐT thuận của nguồn điện. Dòng này tăng nhanh khi U tăng. Đó là trường hợp lớp chuyển tiếp p-n mắc theo chiều thuận, còn được gọi là lopứ chuyển tiếp p-n phân cực thuận. * Kết luận: Như vậy ta thấy rằng khi lớp chuyển tiếp được phana cực thuận, các hạt tải đienẹ đa số ở hai phía n và p đều đi đến lớp chuyển tiếp và vượt qua lớp này gây nên sự phun lỗ trống vào bán dẫn loại n và sự phun êlectrôn vào bán dẫn loại p * ĐVĐ: Bây giờ ta đổi cực của nguồn điện thì dòng điện qua lớp tiếp xúc có đặc điểm gì? Giải thhích rõ điều đó? * Nhấn mạnh: Dòng điện qua lớp chuyển tiếp chỉ do các hạt mang điện thiểu số gây nên, có cường độ nhỏ, chiều từ n sang p , hầu như không thay đổi khi tăng U. Đó gọi là dòng điện ngược, do hiệu điện thế ngược gây ra. Trường hợp này lớp chuyển tiếp p-n mắc theo chiều ngược hay phana cực ngược. * Qua việc phân tích như trên ta có nhận xét gì về dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n? Tính chất dẫn điện của lớp chuyển tiếp p-n? * Nhấn mạnh: Lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện tốt theo một chiều từ p sang n. Lớp chuyển tiếp p-n có tính chất chỉnh lưu. . Tìm hiểu đường đặc tuyến vôn – ampe của lớp chuyển tiếp.(). * Quan sát , nêu nhận xét: _ Dòng điện thuận có cường độ lớn và tăng nhanh theo U thuận. _ Dòng điện ngược có cường độ nhỏ, hầu như không phụ thuộc vào U. * ĐVĐ: ( kết hợp tranh vẽ). Qua thực nghiệm cho kết quả sự phụ thuộc của cường độ dòng điện qua lớp chuyển tiếp vào U được mô tả bởi đường đặc tuyến vôn – ampe (HV). Nêu nhận xét về sự phụ thuộc của I vào U? * Nhận xét, thông báo: Vì lớp chuyển tiếp có tính chất đặc biệt như trên đã nêu nên được ứng dụng nhiều trong các linh kiện điện tử: Điốt, tranzito, . Củng cố bài: .Nhận công việc về nhà. * Ghi chép. * Làm một số câu trắc nghiệm trên phiếu học tập * Trả lời các câu hỏi và bài tập SGK(120) * Tìm hiểu trước bài LINH KIỆN BÁN DẪN IV: Rút kinh nghiệm: