Chuong 4: DIODE

1
Chuong 4 DIODE

• ThS. Nguy?n Bá Vuong

2
4.1 Ch?t bán d?n di?n
3
C?u trúc vùng nang lu?ng c?a ch?t r?n tinh th?

• Vùng hóa tr? (hay còn g?i là vùng d?y), trong dó
  t?t c? các m?c nang lu?ng d?u dã b? chi?m ch?,
  không còn tr?ng thái (m?c) nang lu?ng t? do.
• Vùng d?n (vùng tr?ng), trong dó các m?c nang
  lu?ng d?u còn b? tr?ng hay ch? b? chi?m ch? m?t
  ph?n.
• Vùng c?m, trong dó không t?n t?i các m?c nang
  lu?ng nào d? di?n t? có th? chi?m ch? hay xác
  su?t tìm h?t t?i dây b?ng 0.

a) Ch?t cách di?n b) ch?t bán d?n c) ch?t
d?n di?n
4
Ch?t bán d?n thu?n

• Hai ch?t bán d?n thu?n di?n hình là Gemanium (Ge)
  và Silicium (Si) có c?u trúc vùng nang lu?ng d?ng
  v?i Eg 0,72eV và Eg 1,12eV

5
M?u nguyên t? Si14 (theo BOHR)

electron -
P N
n2
n3
n1
6
C?u trúc electron
a) Silicon-Si
b) Germanium-Ge
c) Gallium-Ga
d) Arsenic-As
e) Indium-In
7
Silicon c?u t?o b?n
8

• Tuy nhiên, du?i tác d?ng nhi?t (ho?c ánh sáng,
  di?n tru?ng), m?t s? di?n t? nh?n du?c nang
  lu?ng d? l?n hon nang lu?ng liên k?t c?ng hoá tr?
  ( nang lu?ng ion hoá 1.12 eV d?i v?i Si và 0,6
  eV d?i v?i Ge) nên có th? b?c kh?i s? ràng bu?c
  nói trên d? tr? thành di?n t? t? do và d? dàng di
  chuy?n trong m?ng tinh th? ? Si tr? nên d?n di?n.
  
• Khi có 1 di?n t? r?i kh?i v? trí s? d? l?i t?i dó
  m?t l? tr?ng mang di?n tích duong? các l? tr?ng
  di chuy?n ngu?c chi?u v?i di?n t? t? do.
• Hi?n tu?ng trên du?c g?i là hi?n tu?ng sinh t?o
  nhi?t c?p di?n t? t? do l? tr?ng.

9
Chaát baùn daãn pha (dope)

• 1. Chaát baùn daãn loaïi n
• Pha nguyeân töû hoaù trò 5 ( P15 )vaøo tinh
  theå Si
• P seõ duøng 4 ñieän töû voøng ngoaøi cuøng ñeå
  lieân keát coäng hoaù trò vôùi 4 ñieän töû cuûa 4
  nguyeân töû keá caän
• Coøn laïi 1 ñieän töû thöù 5 vì khoâng lieân keát
  neân deã daøng di chuyeån trong maïng tinh theå
  ?ñieän töû töï do ? daãn ñieän.
• 1 nguyeân töû P cho 1 ñieän töû töï do,Pha nhieàu
  nguyeân töû P cho nhieàu ñieän töû töï do hôn?
  doøng ñieän caøng maïnh .

10
Ch?t bán d?n t?p ch?t lo?i n
electron du (e t? do)
4
4
4
5
4
4
4
4
4
11
Ngoaøi ra, trong ñieàu kieän nhieät ñoä
trongphoøng, coøn coù sinh taïo nhieät caëp
ñieän töû loã troáng nhöng vôùi noàng ñoä raát
beù.Keát luaän Chaát baùn daãn loaïi n coù
Ñieän töû töï do laø haït taûi ña soá maät ñoä
nn, Loã troáng laø haït taûi thieåu soá ,
maät ñoä pn, Nguyeân töû P laø nguyeân töû
cho, maät ñoä ND, Trong ñieàu kieän caân baèng
nhieät ñoäng cho nn ND pn
NDVaø maät ñoä loã troáng thieåu soá
trong chaát baùn daãn loaïi n cho bôûi
12
Chaát baùn daãn pha

• 1. Chaát baùn daãn loaïi p
• Pha nguyeân töû hoaù trò 3( B5 )vaøo tinh
  theå Si
• B seõ duøng heát 3 ñieän töû voøng ngoaøi cuøng
  ñeå lieân keát coïng hoaù trò vôùi 3 ñieän töû
  cuûa 3 nguyeân töû keá caän
• Coøn laïi 1 vò trí thieáu vì ñieän töû neân xem
  nhö coù ñieän tích döông vaø caùc ñieän töû laân
  caän deã ñeán taùi keát vôùi loã troáng cuûa B
  vaø ñeå laïi ôûvò trí ñoù loå troâng môùi vaø
  hieän töôïng treân cöù tieáp dieãn? daãn
  ñieänbaèng loã troáng.
• 1 nguyeân töû B cho 1 loã troáng,Pha nhieàu
  nguyeân töû B cho nhieàu loã troáng hôn? doøng
  ñieän caøng maïnh .

13
Ch?t bán d?n t?p ch?t lo?i p
L? tr?ng
4
4
4
3
4
4
4
4
4
14
Ngoaøi ra, trong ñieàu kieän nhieät ñoä
trongphoøng, coøn coù sinh taïo nhieät caëp
ñieän töû loã troáng nhöng vôùi noàng ñoä raát
beù.Keát luaän Chaát baùn daãn loaïi p coù
Ñieän töû töï do laø haït taûi thieåu soá maät
ñoä np, Loã troáng laø haït taûi ña soá ,
maät ñoä pp, Nguyeân töû P laø nguyeân töû
nhaän, maät ñoä NA, Trong ñieàu kieän caân baèng
nhieät ñoäng cho pp NA np
NA.Vaø maät ñoä ñieän töû tö
ïdo thieåu soá trong chaát baùn daãn loaïi p cho
bôûi
15
4.2 M?t ghép p-n và tính ch?nh luu c?a diode bán
d?n
16
II. Noái pn

• 1.Caáu taïo
• 
  
• 
  

p
n
1µm
lôùp SiO 2
p
5µm
n
maøng moûng 10µm
Giaù

(substrate)
17
Vùng ti?p xúc
18
2.Caân baèng nhieät ñoäng

• Do caùc haït taûi khueách taùn vaø taùi keát
  trong vuøng gaàn noái? vuøng hieám (vuøng khieám
  khuyeát) hai beân noái ( vuøng khoâng coøn haït
  taûi di ñoäng maø chæ coøn caùc ion coá ñònh ).
  Vuøng hieám
• 
  
• 
  

J
Ei
-





-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-





-
-
-
-
-
-
-
-
-
-





-
-
-
-
-
-
-
-
VB Raøo theá
19
M?i ghép kim lo?i
Na
Nd
- - - - - - - - -
- - - - - - - - - -
- - - - - - - - -
- -





P
n
Space Charge Region
Nh?n ion
Cho ion
E-Field


_
_
h drift
h diffusion
e- diffusion
e- drift


20
(No Transcript)
21

• Do có s? chênh l?ch l?n v? n?ng d? (nn gtgtnp và pp
  gtgtpn) t?i vùng ti?p xúc có hi?n tu?ng khu?ch tán
  các h?t da s? qua noi ti?p giáp, xu?t hi?n 1 dòng
  di?n khu?ch tán Ikt hu?ng t? p sang n.
• T?i vùng lân c?n hai bên m?t ti?p xúc, xu?t hi?n
  m?t l?p di?n tích kh?i do ion t?p ch?t t?o ra,
  trong dó nghèo h?t d?n da s? và có di?n tr? l?n
  (hon nhi?u c?p so v?i các vùng còn l?i), do dó
  d?ng th?i xu?t hi?n 1 di?n tru?ng n?i b? hu?ng t?
  vùng N (l?p ion duong ND) sang vùng P (l?p ion âm
  NA) g?i là di?n tru?ng ti?p xúc Etx .
• Ngu?i ta nói dã xu?t hi?n 1 hàng rào di?n th? hay
  m?t hi?u th? ti?p xúc Utx.

22

• Khi JJtrJkt 0 ? caân baèng nhieät ñoäng?
• Ñieän tröôøng noäi ñaït trò nhaát ñònh Ei vaø
  raøo ñieän theá cho bôûi
• ÔÛ 300oK , VB 0,7 V (Si)
• VB 0,3 V (Ge)
• Vaäy noái pn khoâng daãn ñieän (I 0) khi chöa
  ñöôïc caáp ñieän ( phaân cöïc)
• Muoán noái pn daãn ñieän phaûi phaân cöïc baèng
  nguoàn caáp ñieän DC ñeå laøm giaûm raøo ñieän
  theá hay laøm heïp vuøng hieám.

23
M?t ghép p-n khi có di?n áp ngoài
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
Ð?c tuy?n Von Ampe
27
Ðu?ng th?ng l?y di?n
Phuong trình này xác d?nh di?m làm vi?c c?a diode
t?c di?m di?u hành Q, du?c g?i là phuong trình
du?ng th?ng l?y di?n.
28
Ðu?ng th?ng l?y di?n
Trong tru?ng h?p
Trong tru?ng h?p
2 di?m ID và VD trên tr?c tung và tr?c hoành c?a
bi?u d? du?ng d?c tính VA. N?i 2 di?m này và
c?t du?ng d?c tính VA c?a diode t?i di?m Q. Khi
dó ta có VDQ và IDQ.
29
4.3 Diode trong m?ch di?n m?t chi?u
30
Khi E lt VK, khi dó diode phân c?c ngh?ch

• ID IR 0mA VR R.IR 0V VD E
  - VR E

31
Khi E gt VK, diode phân c?c thu?n, m?ch du?c xem
m?ch kín

• ID IR E/R (mA) VR E VD 0

32
4.4. Diode trong m?ch di?n xoay chi?u M?ch
ch?nh luu
33
giá tr? trung bình và giá tr? hi?u d?ng

• M?t cách t?ng quát, t?ng d?i s? di?n tích trong
  m?t chu k? T c?a m?t sóng tu?n hoàn v(t) du?c
  tính b?ng công th?c

• Do dó giá tr? trung bình du?c tính b?ng công th?c

34
D?ng sóng
Tr? trung bình
35
D?ng sóng
Tr? trung bình
36
Giá tr? hi?u d?ng

• là tr? s? duong c?a dòng di?n m?t chi?u IDC mà
  khi ch?y qua m?t di?n tr? R trong m?t chu kì s?
  có nang lu?ng t?a nhi?t b?ng nhau.

37
Tr? trung bình và hi?u d?ng
D?ng sóng
38
M?ch ch?nh luu n?a sóng (m?t bán k?)
39
Ch?nh luu toàn k? v?i bi?n th? có di?m gi?a
40
Ch?nh luu toàn k? v?i bi?n th? có di?m gi?a
41
Ch?nh luu toàn k? v?i bi?n th? có di?m gi?a
42
Ch?nh luu toàn k? dùng c?u diode
43
Ch?nh luu v?i t? l?c
44
Do di?n th? d?nh t?i da là VdcMax nên di?n th?
trung bình t?i thi?u là VdcminVdcMax-Vr(p-p) Khi
chua m?c t? C vào, giá tr? trung bình là
Khi có t? l?c C
Nên giá tr? trung bình ? ngõ ra
45
H? s? sóng du (ripple factor)
46
M?ch c?t (Clippers)
M?ch c?t n?i ti?p
47
D?ng sóng d?u vào VIn
D?ng sóng dáp ?ng (d?u ra VOut)
48
M?ch c?t (Clippers)
M?ch c?t song song
49
D?ng sóng d?u vào VIn
D?ng sóng dáp ?ng (d?u ra VOut)
50
M?ch c?t M?ch có phân c?c
51
M?ch ghim áp (M?ch k?p - Clampers)

52
M?ch dùng diode Zener
Diode zener v?i di?n th? ngõ vào vi và t?i RL c?
d?nh

• Xác d?nh tr?ng thái c?a diode zener b?ng cách
  tháo r?i diode zener ra kh?i m?ch và tính hi?u
  th? V ? hai d?u c?a m?ch h?.

53
N?u VVz diode zener d?n di?n ? VOutVz
Khi d?n di?n, dòng di?n IZ ch?y qua diode zener
du?c xác d?nh b?i IZIR-IL Trong dó
IZltIZM
IZM dòng di?n t?i da qua zener mà không làm h?ng

N?u VltVz diode zener không d?n di?n ?
VOutVz IZ0 IRIL
54
M?ch ch?nh luu b?i áp
55
(No Transcript)
56
M?ch ch?nh luu tang dôi di?n th? 2 bán k?
57
Ki?m tra diode
58
(No Transcript)
59
(No Transcript)
60
(No Transcript)