Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Dòng điện trong chất bán dẫn hay, chi tiết cùng với 18 câu hỏi trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí lớp 11.

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

A. Lý thuyết Dòng điện trong chất bán dẫn

I. Chất bán dẫn và tính chất

- Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện môi. 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 phụ thuộc mạnh vào 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.

Sự phụ của điện trở suất của các chất vào nhiệt độ

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

- Xác định hạt tải điện cơ bản trong bán dẫn mang điện tích gì bằng cách làm cho 2 đầu chất bán dẫn ở nhiệt độ cao vào nhiệt độ thấp, chuyển động nhiệt có xu hướng đẩy hạt tải điện về phía đầu lạnh, nên đầu lạnh sẽ tích điện cùng dấu với hạt tải điện.

+ Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n.

+ Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn loại p.

2. Electron và lỗ trống

- Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.

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

3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)

- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Ta gọi chúng là tạp chất cho hay đôno. Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.

- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có ba electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto. Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.

III. Lớp chuyển tiếp p – n

Lớp chuyển tiếp p – n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.

1. Lớp nghèo

- Ghép bán dẫn loại n và bán dẫn loại p với nhau. Tại lớp chuyển tiếp p – n electron tự do và lỗ trống trà trộn vào nhau.

-  Khi electron gặp lỗ trống (là chỗ liên kết bị thiếu electron), nó sẽ nối lại mối liên kết ấy và một cặp electron – lỗ trống sẽ biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p – n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo. Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

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

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

- Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì:

+ Lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy theo điện trường vào lớp nghèo.

+ Electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo.

- Quy ước:

+ Chiều dòng điện qua được lớp nghèo (từ p sang n) là chiều thuận.

+ Chiều dòng điện không qua lớp nghèo (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. Ta nói có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.

- Các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm vì cả hai miền p và n lúc này đều có electron và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau và biến mất từng cặp.

IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

- Điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p sang n nên khi nối nó vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều.

- Một số loại điôt bán dẫn:

Điôt chỉnh lưu

Điôt phát quang

Điôt ổn áp

V. Tranzito lưỡng cực n – p –n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

1. Hiệu ứng tranzito

- Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở R_CB gọi là hiệu ứng tranzito.

- Xét tinh thể bán dẫn n₁ – p – n₂, các điện cực B, C, E.

+ Mật độ electron ở n₂ >> mật độ lỗ trống ở p.

+ U_BE điện áp thuận, U_CE lớn (10V)

a. Khi miền p rất dày, n₁ và n₂ cách xa nhau:

+ Lớp n₁ – p phân cực ngược, R_CB lớn.

+ Lớp p – n₂ phân cực thuận, electron phun từ n₂ sang p, không tới được lớp p – n₁; không ảnh hưởng tới R_CB.

b. Khi miền p rất mỏng, n₁ và n₂ rất gần nhau:

Electron từ n₂ phun vào p và lan sang n1 làm cho R_CB giảm đáng kể.

2. Tranziro lưỡng cực n – p - n

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

- Tranzito có ba cực:

+ Cực góp hay colectơ, kí hiệu là C.

+ Cực đáy hay cực gốc hoặc bazơ, kí hiệu là B.

+ Cực phát hay emitơ, kí hiệu là E.

+ Ứng dụng: lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử

Mạch khuếch đại

Mạch điều khiển

B. Trắc nghiệm Dòng điện trong chất bán dẫn

Bài 1. Chọn câu đúng. Photodiot:

A. Là một chuyển tiếp p-n-p

B. Có tác dụng biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng

C. Có tác dụng biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện

D. Là một biến trở có giá trị thay đổi được dưới tác dụng của ánh sáng

Đáp án: C

Photodiot có tác dụng biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện

Bài 2. Chọn câu đúng. Tranzito:

A. Là một chuyển tiếp p – n hay n – p

B. Có khả năng khuếch đại tín hiệu điện

C. Cường độ dòng điện qua cực colecto IC bằng cường độ dòng điện qua cực bazo IB

D. Tranzito hoạt động khi chuyển tiếp E – B giữa cực emito và cực bazo phân cực ngược và chuyển tiếp B – C giữa cực bazo và cực colecto phân cực thuận.

Đáp án: B

Tranzito có khả năng khuếch đại tín hiệu điện

Bài 3. Chọn câu sai

A. Tại lớp chuyển tiếp p – n, có sự khuếch tán electron từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n và khuếch tán lỗ trống từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p

B. Khi electron gặp lỗ trống, chúng liên kết và một cặp electron và lỗ trống biến mất

C. Lớp chuyển tiếp p – n gọi là lớp nghèo vì không có hạt tải điện

D. Điện trở của lớp nghèo trong tiếp xúc p-n rất lớn

Đáp án: A

Tại lớp chuyển tiếp p – n . có sự khuếch tấn electron 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 ⇒ câu sai A

Bài 4. Chọn câu đúng. Đặt vào hai dầu một điot bán dẫn p – n một hiệu điện thế U = V_p - V_n. Trong đó V_p = điện thế bán bán dẫn p; V_n = điện thế bên bán dẫn n.

A. Có dòng điện qua điot khi U > 0

B. Có dòng điện qua điot khi U < 0

C. Có dòng điện qua điot khi U = 0

D. Cả A, B, C đều đúng

Đáp án: A

Có dòng điện qua điot khi U > 0

Bài 5. Chọn câu đúng.

A. Trong bán dẫn, mật độ electron luôn luôn bằng mật độ lỗ trống.

B. Nhiệt độ càng cao, bán dẫn dẫn điện càng tốt

C. Bán dẫn loại p tích điện dương, vì mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ electron

D. Bán dẫn có điện trở suất cao hơn kim loại, vì trong bán dẫn có hai loại hạt tải điện trái dấu, còn trong kim loại chỉ có một loại.

Đáp án: B

- Chỉ trong bán dẫn tinh khiết, mật độ electron tự do mới bằng mật độ lỗ trống. Còn bán dẫn loại n thì mật độ electron tự do lớn hơn mật độ lỗ trống; Bán dẫn loại p thì mật độ electron tự do nhỏ hơn mật độ lỗ trống ⇒ câu A sai.

- Nhiệt độ càng cao, bán dẫn điện càng tốt ⇒ câu B đúng

- Bán dẫn loại p có mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ electron tự do, nhưng về tổng điện tích thì bán dẫn loại p trung hòa điện ⇒ câu C sai

- Bán dẫn có điện trở suất cao hơn kim loại vì trong bán dẫn các hạt điện là electron và lỗ trống không hoàn toàn tự do như electron tự do trong kim loại ⇒ câu D sai.

Bài 6. Tính chất của điôt bán dẫn là

A. Chỉnh lưu và khuếch đại

B. Trộn sóng

C. Ổn áp và phát quang

D. Chỉnh lưu và dao động

Đáp án: D

Điot là các dụng cụ bán dẫn hai cực, trong đó có một lớp chuyển tiếp p- n. Điot chỉnh lưu dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, hoạt động trên cơ sở tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p – n.

Bài 7. Tranzito là dụng cụ bán dẫn có ba chân, cấu tạo của nó có số lớp chuyển tiếp là

A. 4 lớp

B. 2 lớp

C. 3 lớp

D. 1 lớp

Đáp án: B

Tranzito lưỡng cực n – p – n cấu tạo gồm 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,…).

Tranzito có ba cực:

- Cực góp hay colecto, kí hiệu là C.

- Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazo, kí hiệu là B.

- Cực phát hay êmito, kí hiệu E

Tranzito có khả năng khuếch đại tín hiệu điện, và dùng để lắp bộ khuếch đại và các khóa điện tử.

Bài 8. Trên hình a, b là đường đặc tuyến vôn-ampe của một điôt dẫn (dòng điện thuận và dòng điện ngược). Biết hệ số chỉnh lưu của một điôt bán dẫn đước xác định bằng tỉ số giữa trị số của cường độ dòng điện thuận (Ith) và cường độ dòng điện ngược (Ing) ứng với cùng một giá trị tuyệt đối của hiệu điện thế đặt vào điôt. Hệ số chỉnh lưu của điôt này ở hiệu điện thế 1,5V là

A. 13,6

B. 1,0

C. 1,5

D. 6,8

Đáp án: A

Kẻ hai đường thẳng song song với trục tung và đi qua hai điểm U = 1,5V và U = -1,5V

Giao tuyến của chúng với đường đặc trưng vôn-ampe cho ta:

I_th ≈ 150mA và U ≈ 11mA

Suy ra hệ số chỉnh lưu:

 

Bài 9. Chọn câu sai

A. Với cùng một hiệu điện thế ngược đặt vào một điôt chỉnh lưu, cường độ dòng điện ngược tăng khi nhiệt độ tăng.

B. Có thể dùng điôt phát quang để làm thí nghiệm minh họa tính chỉnh lưu của điôt.

C. Phôtôđiôt có thể tạo ra dòng điện, nếu lớp chuyển tiếp p – n của nó được chiếu bằng ánh sáng thích hợp, khi hai của của Phôtôđiôt được nối với một điện trở.

D. Có thể thay thế một tranzito n – p – n bằng hai điôt mắc chung ở phía bán dẫn loại p.

Đáp án: D

Không thể thay thế một tranzito n – p – n bằng hai điốt mắc chung ở phía bán dẫn loại p ⇒ câu D sai.

Bài 10. Chọn câu đúng

A. Nhiệt năng thành điện năng

B. Quang năng thành điện năng

C. Cơ năng thành điện năng

D. Hóa năng thành điện năng

Đáp án: B

Pin mặt trời là nguồn điện biến đổi từ quang năng thành điện năng

Bài 11. Những chất nào dưới đây không phải là chất bán dẫn?

A. Silic (Si)

B. Gecmani (Ge)

C. Lưu huỳnh (S)

D. Sunfua chì (PbS)

Đáp án: C

Các vật liệu như gemani, silic, các hợp chất GaAs, CdTe, ZnS.., nhiều ôxit, sunfua, sêlennua, telururua.. và một số chất pôlime được gọi là chất bán dẫn (bán dẫn).

Bài 12. Chọn phát biểu đúng

A. Điện trở suất của bán dẫn giảm tuyến tính với nhiệt độ

B. Tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết của chất bán dẫn

C. Lỗ trống trong chất bán dẫn là hạt dẫn điện mạng điện tích âm

D. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, trong chất bán dẫn có nhiều electron tự do

Đáp án: B

Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của 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. Đây là sự dẫn điện riêng của bán dẫn.

Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc rất mạnh vào các tạp chất có mặt trong tinh thể. (độ tinh khiết của chất bán dẫn).

Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống mang điện tích dương.

Bài 13. Điều kiện tác động làm xuất hiện cặp electron-lỗ trống trong chất bán dẫn là

A. độ ẩm của môi trường

B. âm thanh

C. ánh sáng thích hợp

D. siêu âm

Đáp án: C

Điều kiện tác động làm xuất hiện cặp electron-lỗ trống trong chất bán dẫn là ánh sáng thích hợp.

Bài 14. Để tạo ra chất bán dẫn loại n, người ta pha thêm tạp chất, cách pha tạp chất đúng là

A. Ge + As

B. Ge + In

C. Ge + S

D. Ge + Pb

Đáp án: A

Bán dẫn pha tạp chất trong đó hạt tải điện chính mang điện âm gọi là bán dẫn loại n .

Hợp chất GaAs là chất bán dẫn loại n.

Bài 15. Để tạo ra chất bán dẫn loại p, người ta pha thêm tạp chất, cách pha tạp chất đúng là

A. Si + As

B. Si + B

C. Si + S

D. Si + Pb

Đáp án: B

Bán dẫn pha tạp chất trong đó hạt tải điện chính mang điện dương gọi là bán dẫn loại p.

Ví dụ: Silic pha tạp bo (B), nhôm (Al) hoặc gali (Ga)

Bài 16. Chọn phát biểu đúng khi nói về các hạt tải điện trong chất bán dẫn

A. Các hạt tải điện trong chất bán dẫn luôn bao gồm cả electron dẫn và lỗ trống

B. Các hạt tải điện trong chất bán dẫn loại p chỉ là chỗ trống

C. Các hạt tải điện trong chất bán dẫn loại n chỉ là electron

D. Cả hai loại hạt tải điện gồm electron dẫn và lỗ trống đều mang điện âm

Đáp án: A

Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.

Bài 17: Silic tinh khiết

A. dẫn điện tốt ở mọi nhiệt độ

B. chỉ dẫn điện tốt khi ở nhiệt độ thấp

C. có liên kết đồng hoá trị giữa hai nguyên tử

D. chỉ có một loại hạt tải điện là electron

BÀi 18: Lớp tiếp xúc p-n có

A. tác dụng ngăn cản các electron từ p sang n

B. tác dụng ngăn cản các electron từ n sang p

C. tính dẫn điện một chiều từ n sang p

D. tính dẫn điện một chiều từ p sang n