Bài giảng Điện tử cho công nghệ thông tin: Chương 2.1 và 2.2- Đỗ Công Thuần

Bài giảng "Điện tử cho công nghệ thông tin: Chương 2.1 và 2.2 - Vật liệu bán dẫn và đặc tính - Điốt và ứng dụng" trình bày những nội dung chính sau đây: Khái niệm, phân loại vật liệu bán dẫn; Cấu trúc nguyên tử; Dòng điện tử và dòng lỗ trống; Phân loại chất bán dẫn; Đặc tính Volt-Ampere; Ứng dụng của điốt... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện tử cho công nghệ thông tin: Chương 2.1 và 2.2- Đỗ Công Thuần1 ĐIỆN TỬ CHOCÔNG NGHỆ THÔNG TIN Electronics for Information Technology IT3420 Đỗ Công Thuần Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Email: thuandc@soict.hust.edu.vn 2Thông tin chung• Tên học phần: Điện tử cho Công nghệ thông tin• Mã học phần: IT3420• Khối lượng: 2 (2-1-0-4)• Lý thuyết/Bài tập: 30/15 tiết• Đánh giá: 50% - 50%• Tài liệu học tập: • Lecture slides • Textbooks • Introductory Circuit Analysis (2015), 10th – 13th ed., Robert L. Boylestad • Electronic Device and Circuit Theory (2013), 11th ed., Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky • Microelectronics Circuit Analysis and Design (2006), 4th ed., Donald A. Neamen • Digital Electronics: Principles, Devices and Applications (2007), Anil K. Maini 3Nội dung• Khái niệm chung về ĐT cho CNTT• Chương 1: Linh kiện thụ động và ứng dụng• Chương 2: Linh kiện bán dẫn và ứng dụng• Chương 3: Khuếch đại thuật toán• Chương 4: Cơ sở lý thuyết mạch số• Chương 5: Các cổng logic cơ bản• Chương 6: Mạch tổ hợp• Chương 7: Mạch dãy 4Chương 2:Linh kiện bán dẫn và ứng dụng1.Vật liệu bán dẫn và đặc tính2.Điốt và ứng dụng3.Transitor và ứng dụng 52.1 Vật liệu bán dẫn và đặc tính• Vật liệu bán dẫn (semiconductors) là chất bán dẫn có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.• Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau.• Được chia thành 2 loại: • Bán dẫn tinh khiết (single-crystal semiconductors) • VD: Ge, Si • Bán dẫn tạp chất (compound semiconductors) • VD: GaAs, CdS, GaN, GaAsP 6Cấu trúc nguyên tử• Nguyên tử được cấu thành từ: • Proton mang điện tích dương • Neutron trung hoà điện Hạt nhân • Electron mang điện tích âm 7Cấu trúc nguyên tử 8Liên kết hoá trị• Trong tinh thể Si/Ge, 4 electron hoá trị của 1 nguyên tử liên kết chặt chẽ với 4 nguyên tử xung quanh. 9Liên kết hoá trị• GaAs là 1 hợp chất bán dẫn nhóm 3-5, mỗi nguyên tử được bao xung quanh là các nguyên tử loại kia. 10Điện tích tự do• Khi các electron hoá trị hấp thụ 1 năng lượng đủ lớn, nó sẽ bứt ra và trở thành điện tích tự do (free electron, intrinsic carrier).• Nhiệt độ càng cao, năng lượng của các electron càng lớn.• Vật liệu bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm: nhiệt độ càng cao thì tính dẫn điện càng tăng → trở kháng càng giảm 11Mức năng lượng• Mỗi lớp vỏ (shell) có các mức năng lượng cụ thể.• Các electron trên cùng một lớp vỏ có thể có các mức năng lượng khác nhau (nhưng không lớn).• Electron càng xa hạt nhân càng có mức năng lượng cao.• Electron thoát ra khỏi nguyên tử của nó có mức năng lượng cao nhất. 12Mức năng lượng• Một electron trong vùng hóa trị của Si phải hấp thụ 1 lượng năng lượng lớn hơn electron trong vùng hóa trị của Ge để trở thành electron tự do. 13Điện tử và lỗ trống• Khi các electron hoá trị hấp thụ 1 năng lượng đủ lớn, nó sẽ bứt ra và trở thành electron tự do, tạo ra một trạng thái trống tích điện dương trong liên kết hoá trị tại vị trí electron vừa rời bỏ.• Trạng thái này còn được gọi là lỗ trống (hole). 14Dòng điện tử và dòng lỗ trống• Khi nhiệt độ tăng, càng nhiều liên kết hoá trị bị phá vỡ tạo ra càng nhiều electron tự do và lỗ trống dương.• Nhiều electron di chuyển về phía bên phải tạo thành dòng electron.• Nhiều lỗ trống được tạo thành ở phía bên trái tạo thành dòng lỗ trống. 15Phân loại chất bán dẫn• Bán dẫn thuần (tinh khiết)• Bán dẫn pha tạp chất 16Bán dẫn thuần (tinh khiết)• Mật độ electron tự do bằng với mật độ lỗ trống.• Trong thực tế, là loại bán dẫn được giảm thiểu tạp chất tới mức nhỏ nhất theo công nghệ hiện tại. 17Bán dẫn tạp chất• Là vật liệu bán dẫn có mật độ electron và mật độ lỗ trống không bằng nhau bằng cách pha thêm tạp chất.• Chia thành 2 loại: • Bán dẫn loại n: mật độ electron tự do nhiều hơn • Bán dẫn loại p: mật độ lỗ trống nhiều hơn 18Bán dẫn loại n• Là loại bán dẫn được hình thành khi thêm vào tạp chất có 5 electron hoá trị trên nền Si.• 1 nguyên tử tạp chất liên kết với 4 nguyên tử Si xung quanh dẫn đến thừa 1 electron hoá trị.• Được gọi là nguyên tử cho (donor atom). 19Bán dẫn loại n• Mặc dù dư electron hoá trị nhưng vẫn trung hoà về điện• Các electron tự do cần hấp thụ ít năng lượng hơn để chuyển lên vùng dẫn so với các electron trong liên kết hoá trị. 20 ...