15Hình 1.9. Hệ tự động điều chỉnh
• Khi
∆
U = 0, ta có T
x
= T
ch
. (U
x
= U
ch
)
đố
i t
ượ
ng
đ
ang
ở
tr
ạ
ng thái mong mu
ố
n,
nhánh thông tin ng
ượ
c không ho

x
< T
ch
h
ệ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh làm t
ă
ng T
x
. quá trình
đ
i
ề
u ch
ỉ
nh T
x
ch
ỉ

ng
ừ
ng khi
∆


•
Độ
phân d
ả
i c
ủ
a ph
ầ
n t
ử
so sánh (
độ
nh
ỏ
c
ủ
a
∆
U)
•
Độ
chính xác c
ủ
a quá trình bi
ế
n
đổ
i T
x

đạ
t
đượ
c giá tr
ị
trung bình mong
đợ
i.
Ph
ươ
ng pháp digital cho phép, ti
ế
t ki
ệ
m n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a h
ệ
và ghép n
ố
i v
ớ
i h
ệ

th


đ
i
ề
u khi
ể
n có hành
độ
ng hay không tùy theo U
x

đ
ang l
ớ
n h
ơ
n hay nh
ỏ
h
ơ
n U
ch
(và do
đ
ó tham s
ố
v
ậ
t lý c
ầ

ưỡ
ng U
chl
v
ă
U
ch2
h
ệ
s
ẽ
hành
độ
ng m
ỗ
i khi U
x
n
ằ
m
l
ọ
t vào trong kho
ả
ng hai giá tr
ị
ng
ưỡ
ng ho
ặ

ề
u ch
ỉ
nh. Tr
ườ
ng h
ợ
p v
ớ
i m
ộ
t m
ứ
c ng
ưỡ
ng, h
ệ
mang ý
ngh
ĩ
a dùng
để

đ
i
ề
u khi
ể
n tr
ạ

đ
ã bi
ế
t c
ấ
u trúc n
ă
ng l
ượ
ng c
ủ
a m
ộ
t nguyên t
ử

đứ
ng cô l
ậ
p có d
ạ
ng là các
m
ứ
c r
ờ
i r
ạ
c. Khi
đư

ă
ng l
ượ
ng.
Đ
ây
là d
ạ
ng c
ấ
u trúc n
ă
ng l
ượ
ng
đ
i
ể
n hình c
ủ
a v
ậ
t r
ắ
n tinh th
ể
.
Tùy theo tình tr
ạ
ng các m

ng khác nhau:
- Vùng hóa tr
ị
(hay còn g
ọ
i là vùng
đầ
y), trong
đ
ó t
ấ
t c
ả
các m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng
đề
u
đ
ã
b
ị
chi
ế
m ch
ỗ

ỉ
b
ị

chi
ế
m ch
ỗ
m
ộ
t ph
ầ
n.
- Vùng c
ấ
m, trong
đ
ó không t
ồ
n t
ạ
i các m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng nào
để


ữ
a 3 lo
ạ
i vùng k
ể
trên, xét theo tính ch
ấ
t d
ẫ
n
đ
i
ệ
n
c
ủ
a mình, các ch
ấ
t r
ắ
n c
ấ
u trúc tinh th
ể

đượ
c chia thành 3 lo
ạ
i (xét
ở

i
ệ
n trong v
ậ
t r
ắ
n c
ầ
n hai quá trình
đồ
ng th
ờ
i:
quá trình t
ạ
o ra h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do nh
ờ

đượ
c kích thích n
ă
ng l
ượ
ng và quá trình chuy

i cách d
ẫ
n
đ
i
ệ
n c
ủ
a ch
ấ
t bán d
ẫ
n nguyên ch
ấ
t (bán d
ẫ
n thu
ầ
n) và ch
ấ
t bán d
ẫ
n t
ạ
p
ch
ấ
t mà
đ
i

ị

Vùng d
ẫ
n

Vùng hóa tr
ị

Vùng d
ẫ
n
Vùng c
ấ
m Eg
0 < Eg
≤
≤≤
≤
2eV
a)
Vùng c
ấ
m Eg
b) c)

17

b- Chất bán dẫn thuần
Hai ch

ấ
u trúc m
ạ
ng tinh th
ể
(1 chi
ề
u) c
ủ
a chúng có
d
ạ
ng hình 2.2a v
ớ
i b
ả
n ch
ấ
t là các liên k
ế
t ghép
đ
ôi
đ
i
ệ
n t
ử
hóa tr
ị

nút m
ạ
ng và sinh t
ừ
ng c
ặ
p h
ạ
t d
ẫ
n t
ự
do:
đ
i
ệ
n t
ử

b
ứ
t kh
ỏ
i liên k
ế
t ghép
đ
ôi tr
ở
thành h

i
ề
u này t
ươ
ng
ứ
ng v
ớ
i s
ự
chuy
ể
n
đ
i
ệ
n
t
ử
t
ừ
1 m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng trong vùng hóa tr
ị
lên 1 m

a 1 tr
ườ
ng
ngoài hay m
ộ
t Gradien n
ồ
ng
độ
có kh
ả
n
ă
ng d
ị
ch chuy
ể
n có h
ướ
ng trong lòng tinh th
ể

t
ạ
o nên dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ

ă
ng l
ượ
ng kích thích
đủ
l
ớ
n E
kt
≥ E
g

2) Dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n thu
ầ
n g
ồ
m hai thành ph
ầ
n t
ươ
ng
đươ

t bán d
ẫ
n nguyên ch
ấ
t nh
ờ
các công ngh
ệ

đặ
c bi
ệ
t, v
ớ
i n
ồ
ng
độ

kho
ả
ng 10
10

đế
n 10
18
nguyên t
ử
/cm

d
ạ
ng b
ị
ion hóa nh
ờ
m
ộ
t ngu
ồ
n n
ă
ng l
ượ
ng
y
ế
u t
ạ
o nên m
ộ
t c
ặ
p ion d
ươ
ng t
ạ
p ch
ấ
t –

n thu
ầ
n v
ẫ
n x
ẩ
y ra nh
ư
ng v
ớ
i m
ứ
c
độ

y
ế
u h
ơ
n. Trên
đồ
th
ị
vùng n
ă
ng l
ượ
ng, các m
ứ
c n


t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i n hay lo
ạ
i cho
đ
i
ệ
n t
ử
- Donor) phân b
ố
bên trong vùng c
ấ
m, n
ằ
m sát
đ
áy
vùng d
ẫ
n ( kho
ả
ng cách vài % eV).


ạ
p ch
ấ
t b
ấ
t
độ
ng và
dòng
đ
i
ệ
n trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i n g
ồ
m hai thành ph
ầ
n không b
ằ
ng nhau t
ạ
o ra:
đ
i
ệ

ể
u s
ố
có n
ồ
ng
độ

p
n
(chênh nhau nhi
ề
u c
ấ
p: n
n
>>p
n
).
d - Chất bán dân tạp chất loại p
N
ế
u ti
ế
n hành pha t
ạ
p ch
ấ
t thu
ộ

đ
i
ể
m ch
ủ
y
ế
u là
nguyên t
ử
t
ạ
p ch
ấ
t thi
ế
u m
ộ
t
đ
i
ệ
n t
ử
vành ngoài nên liên k
ế
t hóa tr
ị
(ghép
đ

ạ
p ch
ấ
t
b
ị
ion hóa s
ẽ
sinh ra
đồ
ng th
ờ
i 1 c
ặ
p: ion âm t
ạ
p ch
ấ
t - l
ỗ
tr
ố
ng t
ự
do. M
ứ
c n
ă
ng
l

i này. Trong m
ạ
ng tinh th
ể
ch
ấ
t bán
d
ẫ
n t
ạ
p ch
ấ
t lo
ạ
i p t
ồ
n t
ạ
i nhiêu ion âm t
ạ
p ch
ấ
t có tính ch
ấ
t
đị
nh x
ứ
t

ạ
t d
ẫ
n
đ
a s
ố
,
đ
i
ệ
n t
ử
h
ạ
t thi
ể
u s
ố
, v
ớ
i các n
ồ
ng
độ
t
ươ
ng
ứ
ng

ế
p t
ớ
i các hi
ệ
n t
ượ
ng v
ậ
t lí sau:
Hiện tượng ion hóa nguyên tử (c
ủ
a ch
ấ
t t
ạ
p ch
ấ
t) là hi
ệ
n t
ượ
ng g
ắ
n li
ề
n v
ớ
i quá
trình n

m
ứ
c b
ị
tr
ố
ng trong vùng hóa tr
ị
. K
ế
t qu
ả
c
ủ
a v
ậ
t lý th
ố
ng
kê l
ượ
ng t
ử
cho phép tính n
ồ
ng
độ
các h
ạ
t này d

19

∫
=
max
C
E
E
N(E)F(E)dEn

∫
=
V
min
E
E
N(E)F(E)dEp (2-1)
v
ớ
i n,p là nòng
độ

đ
i
ệ
n t
ử
trong vùng d
ẫ
n và l

ủ
a
đỉ
nh vùng hóa tr
ị
,
E
max
là tr
ạ
ng thái n
ă
ng l
ượ
ng cao nh
ấ
t c
ủ
a
đ
i
ệ
n t
ử
,
E
min
là tr
ạ
ng thái n

ố
th
ố
ng kê h
ạ
t theo n
ă
ng l
ượ
ng.
Theo
đ
ó ng
ườ
i ta xác
đị
nh
đượ
c:
)
KT
EE
exp(Nn
Fc
c
−
−= )
KT
EE
exp(Np

hóa
h
ọ
c (m
ứ
c Fermi).
K
ế
t qu
ả
phân tích cho phép có các k
ế
t lu
ậ
n ch
ủ
y
ế
u sau:
•
Ở
tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng, tích s
ố
n
ồ
ng

p
= n
i
p
i
= n
i
2

= N
C
N
V
exp( - E
g
/KT ) = const (2-3)
ngh
ĩ
a là vi
ệ
c t
ă
ng n
ồ
ng
độ
1 lo
ạ
i h
ạ

do
đ
ó s
ố

đ
i
ệ
n t
ử
t
ự
do luôn b
ằ
ng s
ố

l
ượ
ng ion d
ươ
ng t
ạ
p ch
ấ
t: n
n
= N
D
+

ượ
ng ion âm t
ạ
p ch
ấ
t: p
p
= N
A
-
-
Hiện tượng tái hợp của
các
hạt dẫn
Hi
ệ
n t
ượ
ng sinh h
ạ
t d
ẫ
n phá h
ủ
y tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng nhi
ệ

ng n
ồ
ng
độ
c
ủ
a các h
ạ
t thi
ể
u
s
ố
vì chúng có vai trò quy
ế
t
đị
nh t
ớ
i nhi
ề
u c
ơ
ch
ế
phát sinh dòng
đ
i
ệ
n trong các d

ệ
n t
ử
t
ừ
m
ứ
c n
ă
ng l
ượ
ng cao trong vùng d
ẫ
n v
ề
m
ứ
c th
ấ
p h
ơ
n trong
vùng hóa tr
ị
. Hi
ệ
n t
ượ
ng tái h
ợ

ớ
i.
Khi
đ
ó, trong ch
ấ
t bán d
ẫ
n lo
ạ
i n, là s
ự
tái h
ợ
p c
ủ
a l
ỗ
tr
ố
ng v
ớ
i
đ
i
ệ
n t
ử
trong
đ

Ở đây:
∆
p(t) là mức giảm của lỗ trống theo thời gian.

20∆
∆∆
∆
p(0) là số lượng lỗ trống lúc t = 0 (có được sau 1 quá trình sinh hạt)
τ
p
là thời gian sống của lố trống trong chất bán dẫn loại n (là khoảng thời gian
trong đó nồng độ lỗ trống dư giảm đi e lần)
∆
n(t) =
∆
n(o)exp(-t/
τ
p
) (2-5)
Các thông số
τ
p
và
τ
n
quyết định tới các tính chất tần số (tác động nhanh) của các
dụng cụ bán dẫn. Dưới tác dụng của điện trường, hạt dẫn tự do chuyển động định

µ
p
= 1800 cm
2
/V.s,
từ Si có
µ
n
= 1300 cm
2
/V.s ;
µ
p
= 500cm
2
/V.s).
Từ đó, mật độ dòng trôi gồm hai thành phần:
I
trôin
= - q . n . v
tbn
(2=7)
với q là điện tích các hạt.
I
trôip
= q . p . v
tbp

hay dòng trôi toàn phần I
trôi

p
. dp/dx (2-10)
với D
n
và D
p
là các hệ số tỉ lệ gọi là hệ số khuếch tán của các hạt tương ứng.
Người ta chứng minh được các tính chất sau:
D =
µ
KT/q = U
T
.
µ
(hệ thức Einstein) .
Trong đó U
T
là thế nhiệt (U
T

≈
25mv ở nhiệt đô phòng T = 296
o
K)
D
n

τ
n
= L

nhau, các hlện tượng vật lí xảy ra tại nơi tiếp xúc là cơ sở cho hầu hết các dụng cụ
bán dẫn điện hiện đại.
Hình 2.4 biểu diễn mô hình lí tưởng hóa một mặt ghép p-n khi chưa có điện áp
ngoài đặt vào. Với giả thiết ở

nhiệt độ phòng, các nguyên tử tạp chất đã bị ion hóa
hoàn toàn (n
n
= N
+
D
; p
p
= N
-
A
). Các hiện tượng xảy ra tại nơi tiếp xúc có thể mô tả
tóm tắt như sau:
Do có sự chênh lệch lớn về nồng độ (n
n
>>n
p
và p
p
>>p
n
) tại vùng tiếp xúc có hiện
tượng khuếch tán các hạt đa số qua nơi tiếp giáp, xuất hiện 1 dòng điện khuếch tán I
kt


on
>>l
op
và phần chủ yếu nằm bên loại bán dẫn
pha tạp chất ít hơn (có điện trở suất cao hơn). điện trường E
tx
cản trở chuyển động
của đòng khuếch tán và gây ra chuyển động gia tốc (trôi) của các hạt thiểu số qua
miền tiếp xúc, có chiều ngược lại với dòng khuếch tán. Quá trình này tiếp diễn sẽ dẫn
p n
p n
⊕
⊕⊕
⊕

−
−−
−

I
kt

I
tr

E
tx

u
tx