<< Chapter < Page Chapter >> Page >
+ Cung cấp cho sinh viên kiến thức tương đối đầy đủ về cơ chế hoạt động của một nối P-N khi hình thành và khi được phân cực. + Khảo sát việc thiết lập công thức liên quan giữa dòng điện và hiệu điện thế ngang qua một nối P-N khi được phân cực.+ Tìm hiểu về ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động của một nối P-N cũng như sự hình thành các điện dung của mối nối.

CẤU TẠO CỦA NỐI P-N:

Hình sau đây mô tả một nối P-N phẳng chế tạo bằng kỹ thuật Epitaxi.

Trước tiên, người ta dùng một thân Si-n+ (nghĩa là pha khá nhiều nguyên tử cho). Trên thân này, người ta phủ một lớp cách điện SiO2 và một lớp verni nhạy sáng. Xong người ta đặt lên lớp verni một mặt nạ có lỗ trống rồi dùng một bức xạ để chiếu lên mặt nạ, vùng verni bị chiếu có thể rửa được bằng một loại axid và chừa ra một phần Si-n+, phần còn lạivẫn được phủ verni. Xuyên qua phần không phủ verni, người ta cho khuếch tán những nguyên tử nhận vào thân Si-n+ để biến một vùng của thân này thành Si-p. Sau cùng, người ta phủ kim loại lên các vùng p và n+ và hàn dây nối ra ngoài. Ta được một nối P-N có mặt nối giữa vùng p và n+ thẳng.

Khi nối PN được thành lập, các lỗ trống trong vùng P khuếch tán sang vùng N và ngược lại, các điện tử trong vùng N khuếch tán sang vùng P. Trong khi di chuyển, các điện tử và lỗ trống có thể tái hợp với nhau. Do đó, có sự xuất hiện của một vùng ở hai bên mối nối trong đó chỉ có những ion âm của những nguyên tử nhận trong vùng P và những ion dương của nguyên tử cho trong vùng N. các ion dương và âm này tạo ra một điện trường Ej chống lại sự khuếch tán của các hạt điện, nghĩa là điện trường Ei sẽ tạo ra một dòng điện trôi ngược chiều với dòng điện khuếch tán sao cho dòng điện trung bình tổng hợp triệt tiêu. Lúc đó, ta có trạng thái cân bằng nhiệt. Trên phương diện thống kê, ta có thể coi vùng có những ion cố định là vùng không có hạt điện di chuyển (không có điện tử tự do ở vùng N và lỗ trống ở vùng P). Ta gọi vùng này là vùng khiếm khuyết hay vùng hiếm (Depletion region). Tương ứng với điện trường Ei, ta có một điện thế V0 ở hai bên mặt nối, V0 được gọi là rào điện thế.

Tính V0: ta để ý đến dòng điện khuếch tán của lỗ trống:

J pkt = e . D p . dp dx > 0 size 12{J rSub { size 8{"pkt"} } = - e "." D rSub { size 8{p} } "." { { ital "dp"} over { ital "dx"} }>0} {}

và dòng điện trôi của lỗ trống:

J ptr = e . p . μ p . E i < 0 size 12{J rSub { size 8{ ital "ptr"} } =e "." p "." μ rSub { size 8{p} } "." E rSub { size 8{i} }<0} {}

Khi cân bằng, ta có:

Jpkt+Jptr = 0

Hay là: e . D p . dp dx = e . p . μ p . E i size 12{e "." D rSub { size 8{p} } "." { { ital "dp"} over { ital "dx"} } =e "." p "." μ rSub { size 8{p} } "." E rSub { size 8{i} } } {}

D p μ p . dp p = E i . dx size 12{ drarrow { {D rSub { size 8{p} } } over {μ rSub { size 8{p} } } } "." { { ital "dp"} over {p} } =E rSub { size 8{i} } "." ital "dx"} {}

D p μ p = V T = KT e size 12{ { {D rSub { size 8{p} } } over {μ rSub { size 8{p} } } } =V rSub { size 8{T} } = { { ital "KT"} over {e} } } {}

E i = dV dx size 12{E rSub { size 8{i} } = { { - ital "dV"} over { ital "dx"} } } {}

Do đó: dV = V T . dp p size 12{ ital "dV"= - V rSub { size 8{T} } "." { { ital "dp"} over {p} } } {}

Lấy tích phân 2 vế từ x1 đến x2 và để ý rằng tại x1 điện thế được chọn là 0volt, mật độ lỗ trống là mật độ Ppo­ ở vùng P lúc cân bằng. Tại x2, điện thế là V0 và mật độ lỗ trống là Pno ở vùng N lúc cân bằng.

0 V 0 dV = V T P P o P n o dp p size 12{ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{V rSub { size 6{0} } } } { - ital "dV"} =V rSub {T} Int rSub {P rSub { size 6{P rSub {o} } } } rSup {P rSub { size 6{n rSub {o} } } } { size 12{ { { ital "dp"} over {p} } } } } {}

Mà: P n o n i 2 N D và P P o N A size 12{P rSub { size 8{n rSub { size 6{o} } } } approx { {n rSub {i} rSup {2} } over { size 12{N rSub {D} } } } size 12{" và P" rSub {P rSub { size 6{o} } } } size 12{ approx N rSub {A} }} {}

Nên: V 0 = V T log P P o P n o size 12{V rSub { size 8{0} } =V rSub { size 8{T} } "log" left ( { {P rSub { size 8{P rSub { size 6{o} } } } } over {P rSub {n rSub { size 6{o} } } } } right )} {}

Hoặc: V 0 = KT e log N D N A n i 2 size 12{V rSub { size 8{0} } = { { ital "KT"} over {e} } "log" left ( { {N rSub { size 8{D} } N rSub { size 8{A} } } over {n rSub { size 8{i} } rSup { size 8{2} } } } right )} {}

Tương tự như trên, ta cũng có thể tìm V0 từ dòng điện khuếch tán của điện tử và dòng điện trôi của điện tử.

e . D n dn dx + e . n . μ n . E i = 0 size 12{e "." D rSub { size 8{n} } { { ital "dn"} over { ital "dx"} } +e "." n "." μ rSub { size 8{n} } "." E rSub { size 8{i} } =0} {}

Thông thường V 0 0,7 volt size 12{V rSub { size 8{0} } approx 0,7 ital "volt"} {} nếu nối P-N là Si

V 0 0,3 size 12{V rSub { size 8{0} } approx 0,3} {} volt nếu nối P-N là Ge

Với các hợp chất của Gallium như GaAs (Gallium Arsenide), GaP (Gallium Phospho), GaAsP (Gallium Arsenide Phospho), V0 thay đổi từ 1,2 volt đến 1,8 volt. Thường người ta lấy trị trung bình là 1,6 volt.

Dòng điện trong nối p-n khi được phân cực:

Ta có thể phân cực nối P-N theo hai cách:

Get Jobilize Job Search Mobile App in your pocket Now!

Get it on Google Play Download on the App Store Now




Source:  OpenStax, Mạch điện tử. OpenStax CNX. Aug 07, 2009 Download for free at http://cnx.org/content/col10892/1.1
Google Play and the Google Play logo are trademarks of Google Inc.

Notification Switch

Would you like to follow the 'Mạch điện tử' conversation and receive update notifications?

Ask