Giải Vật Lí 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

Nguyễn Thị Kim Anh Ngày: 13-05-2022 Lớp 11

1.7 K

Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Dòng điện trong chất bán dẫn lớp 11.

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 103 SGK Vật lí 11: So sánh điện trở suất của germani tinh khiết, germani pha tạp gali với tỉ lệ 10-6 % và 10-3 % ở nhiệt độ phòng với điện trở suất của kim loại.
Lời giải:

So sánh điện trở suất của germani pha tạp gali ở các nồng độ khác nhau ở nhiệt độ phòng với điện trở suất của các kim loại.

Nồng độ tạp chất	0 %	10-6 %	10-3 %	Kim loại
Điện trở suất $(Ω . m)$	0,5	0,01	10-4	10-8

Vậy ở nhiệt độ phòng, điện trở suất của germani tinh khiết > germani pha tạp gali với tỉ lệ 10-6 % > germani pha tạp gali với tỉ lệ

10-3 % > điện trở suất của kim loại.

Trả lời câu C2 trang 103 SGK Vật lí 11: Vì sao ở hai bên lớp nghèo lại có ion dương và ion âm?
Lời giải:

• Tại lớp chuyển tiếp p-n, có sự khuếch tán êlectron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và khuếch tán lỗ trống từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n.

• Khi êlectron gặp lỗ trống, chúng liên kết và một cặp êlectron và lỗ trống biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p-n hình thành lớp nghèo(không có hạt tải điện).

• Khi đó, ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, còn về phía bán dẫn loại p có các axepto tích điện âm. Điện trở của các lớp nghèo rất lớn.

Trả lời câu C3 trang 105 SGK Vật lí 11: Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền n mỏng kẹp giữa hai miền p có thể gọi là tranzito được không?
Lời giải:

Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền n mỏng kẹp giữa hai miền p có thể gọi là tranzito p-n-p.
Câu hỏi và bài tập (trang 106 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 106 SGK Vật lí 11: Tính chất điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như thế nào?

Lời giải:

Trước hết phải khẳng định rằng kim loại là chất dẫn điện tốt. Trong khi đó, bán dẫn có những tính chất khác biệt so với kim loại:

+ Điện trở suất của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi.

+ Điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đó, ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện kém (giống như điện môi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim loại).

+Trong kim loại, chỉ có một hạt tải điện là electron tự do, còn trong bán dẫn thì có hai loại hạt tải điện là electron tự do và lỗ trống.

Bài 2 trang 106 SGK Vật lí 11: Điểm khác nhau chính giữa nguyên tử đôno và axepto đối với Silic là gì?

Lời giải:

So với Silic, đono là các nguyên tố có năm electron hóa trị, tức là nhiều hơn một electron so với silic), electron thừa đó dễ dàng trở thành electron tự do. Axepto là các nguyên tử chỉ có ba electron hóa trị (tức ít hơn so với silic một electron hóa trị), muốn liên kết với các nguyên tử silic lân cận chúng nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống.
Bài 3 trang 106 SGK Vật lí 11: Mô tả cách sinh ra electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết, bán dẫn n và p.

Lời giải:

- Trong bán dẫn tinh khiết, khi một electron bứt ra khỏi một liên kết nó trở thành hạt tải điện gọi là electron dẫn. Chỗ liên kết bị đứt (do electron thoát ra) mang điện tích dương, nó được xem là hạt tải điện và gọi là lỗ trống.

- Trong chất bán dẫn loại n, khi pha tạp P, As,.. là các nguyên tố có chứa năm electron hóa trị vào Si có bốn electron hóa trị, chúng chỉ cần bốn electron hóa trị để liên kết với bốn nguyên tử Si lân cận, electron thứ năm dễ dàng trở thành electron tự do, nên mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Mặt khác chuyển động nhiệt cũng tạo ra một số electron và lỗ trống nhưng số lượng nhỏ hơn.

- Trong bán dẫn loại p, khi pha tạp B, Al.. là các nguyên tố có ba electron hóa tri vào Si có bốn electron hóa trị, chúng phải lấy mọt electron của nguyên tử Si lân cận để có đủ bốn liên kết. Như vậy chúng nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống.

Bài 4 trang 106 SGK Vật lí 11: Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều nào?

Lời giải:

Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều từ p sang n.

Bài 5 trang 106 SGK Vật lí 11: Khi nào thì một lớp bán dẫn p kẹp giữa hai lớp bán dẫn n trên một tinh thể được xem là một tranzito n-p-n?

Lời giải:

Một lớp bán dẫn p kẹp giữa hai lớp bán dẫn n trên một tinh thể được xem là một tranzito n-p-n khi miền p là mỏng để có thể gây ra hiệu ứng tranzito.
Bài 6 trang 106 SGK Vật lí 11: Phát biểu nào dưới đây là chính xác?

Người ta gọi silic là chất bán dẫn vì

A. Nó không phải là kim loại, cũng không phải là điện môi.

B. Hạt tải điện trong đó có thể là êlectron và lỗ trống.

C. Điện trở suất của nó rất nhạy cảm với nhiệt độ, tạp chất, và các tác nhân ion hoá khác.

D. Cả ba lí do trên.

Phương pháp giải:

+ Chất bán dẫn là một nhóm vật liệu mà tiêu biểu là gemani và silic.

+ Điện trở suất của các chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và điện môi.

+ Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và tạp chất.

+ Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.

Lời giải:

Đáp án D.

Bài 7 trang 106 SGK Vật lí 11: Phát biểu nào sau đây về tranzito là chính xác?

A. Một lớp bán dẫn loại p kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n là tranzito n-p-n.

B. Một lớp bán dẫn loại n mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại p không thể xem là tranzito.

C. Một lớp bán dẫn loại p mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n luôn có khả năng khuếch đại.

D. Trong tranzito n-p-n, bao giờ mật độ hạt tải điện miền êmitơ cũng cao hơn miền bazơ.

Lời giải:

Đáp án D.

Trong tranzito n-p-n, bao giờ mật độ hạt tải điện miền êmitơ cũng cao hơn miền bazơ.

Lý thuyết Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

I- CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT

- Chất bán dẫn là chất có điện trở suất nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và chất điện môi.

- Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là Gecmani và Silic.

- Tính chất:

+ Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

+ Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất.

+ Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

II- BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

Dòng điện trong bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn là do dòng chuyển dời có hướng của các lỗ trống theo chiều điện trường và các electron ngược chiều điện trường.

Ở bán dẫn tinh khiết, số electron và số lỗ trống bằng nhau

Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng

III- HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN - PHÂN LOẠI BÁN DẪN

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 1)

IV- LỚP CHUYỂN TIẾP P-N

Lớp chuyển tiếp p - n là chổ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên 1 tinh thể bán dẫn.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 2)

1. Lớp nghèo

Ở lớp chuyển tiếp p - n không có hoặc có rất ít các hạt tải điện, gọi là lớp nghèo.

Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương và về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.

Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Dòng diện chạy qua lớp nghèo chủ yếu từ p sang n. Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n là chiều thuận, chiều từ n sang p là chiều ngược.

3. Hiện tượng phun hạt tải điện

Khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Đó sự phun hạt tải điện.

V- ĐIÔT BÁN DẪN VÀ MẠCH CHỈNH LƯU DÙNG ĐIÔT BÁN DẪN

Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p - n. Nó chỉ cho dòng điện đi qua theo chiều từ p sang n. Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu.

Nó được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành điện một chiều.

VI- TRANZITO

Một lớp bán dẫn loại p rất mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n thực hiện trên một tinh thể bán dẫn (Ge, Si, ... ) là một tranzito n - p - n.