Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p Hiện nay hầu hết các dụng cụ bán dẫn

Giải Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 2: Máy biến áp và chỉnh lưu dòng điện xoay chiều - Cánh diều

Tìm hiểu thêm trang 19 Chuyên đề Vật Lí 12:

Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Hiện nay, hầu hết các dụng cụ bán dẫn được dùng trong thực tế sử dụng chất bán dẫn có thêm một lượng nhỏ các nguyên tố khác. Chất bán dẫn như vậy được gọi là chất bán dẫn pha tạp, chúng được tạo ra bằng cách pha thêm các chất thích hợp với tỉ lệ rất nhỏ vào chất bán dẫn nguyên chất.

Silicon là một chất bán dẫn thường dùng và có bốn electron hoá trị. Trong silicon nguyên chất, mỗi nguyên tử liên kết với bốn nguyên tử lân cận bằng các electron góp chung (Hình 2.9a).

Thêm một nguyên tố có ba electron hoá trị, chẳng hạn như boron, vào silicon (Hình 2.9b). Khi đó, một trong bốn liên kết của nguyên tử boron với silicon sẽ thiếu một electron. Nếu một electron từ nguyên tử silicon gần đấy di chuyển vào chỗ thiếu này thì để lại một "lỗ trống". Chất bán dẫn được pha tạp như vậy là bán dẫn loại p và hạt tải điện chủ yếu trong bán dẫn loại này là lỗ trống.

Thêm một nguyên tố có năm electron hoá trị, chẳng hạn như phosphorus, vào silicon (Hình 2.9c). Vì chỉ có bốn electron của nguyên tử phosphorus được góp chung với bốn nguyên tử silicon lân cận nên có một electron tự do. Chất bán dẫn pha tạp như vậy được gọi là bán dẫn loại n và hạt tải điện chủ yếu trong bán dẫn loại này là electron.

Lớp chuyển tiếp p-n

Lớp chuyển tiếp p-n được hình thành khi cho mẫu bán dẫn loại p và mẫu bán dẫn loại n tiếp xúc với nhau (Hình 2.8). Tại lớp chuyển tiếp p-n, khi electron gặp lỗ trống thì một cặp electron - lỗ trống sẽ biến mất và dẫn đến hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo. Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion tích điện dương và về phía bán dẫn p có các ion tích điện âm.

Nếu mắc hai đầu của mẫu bán dẫn có lớp chuyển tiếp p-n vào một nguồn điện một chiều, với cực dương của nguồn nối với phía bán dẫn p, cực âm nối với phía bán dẫn n thì lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy vào lớp nghèo (theo chiều từ cực dương đến cực âm); electron trong bán dẫn n sẽ chạy vào lớp đó (theo chiều ngược lại). Lúc này, lớp nghèo trở nên dẫn điện. Vì vậy sẽ có dòng điện chạy qua lớp nghèo từ miền p sang miền n. Khi đảo cực nguồn điện, dòng điện chạy từ miền n sang miền p hầu như không đáng kể. Chiều dòng điện qua lớp nghèo (từ p sang n) được gọi là chiều thuận, chiều kia (từ n sang p) là chiều ngược.

Diode bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n. Vì sao khi nối cực âm của nguồn điện với phía bán dẫn p, còn cực dương nối với phía bán dẫn n thì cường độ dòng điện qua diode hầu như không đáng kể?

Lời giải:

- Nếu cực dương của nguồn nối với cathode của diode (vùng bán dẫn n) và cực âm kết nối với anode (vùng bán dẫn p) thì không có dòng điện nào chạy trong diode trừ dòng ngược bão hòa (hay dòng rò).

- Nguyên nhân là do chúng ta nối ngược với điều kiện, làm cho vùng nghèo trở nên nhiều hơn, điều này sẽ cản trở dòng điện chạy qua.

- Nếu tăng điện áp ngược lên một giá trị nhất định sẽ tạo ra một dòng ngược đủ lớn để đi qua diode. Nếu dòng ngược này không bị giới hạn từ bên ngoài và vượt qua giá trị cho phép của diode thì diode sẽ bị hỏng. Bởi vì khi tăng điện áp các nguyên tử electron sẽ chuyển động nhanh và va chạm với các nguyên tử khác trong diode, bản thân các electron phải giải phóng ra nhiều electron hơn bằng cách phá vỡ các liên kết cộng hóa trị. Quá trình này được gọi là sự gia tăng điện tích, dẫn đến dòng ngược tăng lên đột ngột.

Lời giải Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 2: Máy biến áp và chỉnh lưu dòng điện xoay chiều hay, chi tiết khác:

• Mở đầu trang 14 Chuyên đề Vật Lí 12: Để truyền tải năng lượng điện đi xa, người ta phải tăng điện áp trước khi truyền. Đến nơi tiêu thụ ....

• Câu hỏi 1 trang 14 Chuyên đề Vật Lí 12: Vì sao muốn giảm điện trở r của dây dẫn điện, phải tăng tiết diện dây? ....

• Câu hỏi 2 trang 15 Chuyên đề Vật Lí 12: Nêu và phân tích một số biện pháp giảm hao phí năng lượng điện khi truyền điện đi xa ....

• Câu hỏi 3 trang 15 Chuyên đề Vật Lí 12: Tìm hiểu cấu tạo của một máy biến áp và giải thích vì sao lõi của máy biến áp thường làm bằng các lá sắt ....

• Câu hỏi 4 trang 16 Chuyên đề Vật Lí 12: Vì sao từ thông ở cuộn dây B lại thay đổi khi đóng hoặc ngắt khoá K (Hình 2.3)? ....

• Luyện tập 1 trang 16 Chuyên đề Vật Lí 12: Nêu cơ sở khoa học chứng tỏ ưu điểm của dòng điện xoay chiều và máy biến áp trong truyền tải ....

• Câu hỏi 5 trang 17 Chuyên đề Vật Lí 12: Điện trở của diode có mối liên hệ như thế nào với sự phân cực của diode? ....

• Thực hành, khám phá trang 17 Chuyên đề Vật Lí 12: Mục đích • Đo được hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua diode bán dẫn ....

• Câu hỏi 6 trang 18 Chuyên đề Vật Lí 12: Dựa trên các dụng cụ ở trường của mình, hãy thiết kế phương án thí nghiệm và thực hiện phương án ....

• Câu hỏi 7 trang 18 Chuyên đề Vật Lí 12: Nêu điểm khác nhau cơ bản giữa sơ đồ Hình 2.6 và Hình 2.8 ....

• Luyện tập 2 trang 21 Chuyên đề Vật Lí 12: So sánh đồ thị (u_R - t) ở Hình 2.11c và Hình 2.13b, rút ra đặc điểm của điện áp u_R ....

• Luyện tập 3 trang 21 Chuyên đề Vật Lí 12: Thảo luận để nêu được dòng điện chạy qua điện trở R chỉ theo một chiều trong cả chu kì của nguồn xoay ....

• Câu hỏi 8 trang 22 Chuyên đề Vật Lí 12: Ở Hình 2.14b, khi điểm B có điện thế dương, tại sao dòng điện chỉ chạy qua diode 4 và diode 1 ....

Xem thêm lời giải bài tập Chuyên đề học tập Vật Lí 12 Cánh diều hay, chi tiết khác:

• Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 1: Tia X và tạo ảnh bằng tia X

• Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 2: Siêu âm và cộng hưởng từ

• Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 1: Năng lượng photon và hiệu ứng quang điện

• Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 2: Quang phổ vạch của nguyên tử

• Chuyên đề Vật Lí 12 Bài 3: Lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

• Giải Chuyên đề Vật Lí 12 Kết nối tri thức
• Giải Chuyên đề Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo
• Giải Chuyên đề Vật Lí 12 Cánh diều
• Giải lớp 12 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 12 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 12 Cánh diều (các môn học)

---