Hỏi Đáp Vì sao

Vì sao điện trở của bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ

Đề bài

Giải thích vì sao điện trở suất của kim loại và bán dẫn lại phụ thuộc vào nhiệt độ theo cách khác nhau, như thấy ở hình [23.1 SGK].

Lời giải chi tiết

Kim loại ở nhiệt độ bình thường, trong mạng tinh thể luôn luôn tồn tại sẵn các êlectrôn tự do, khi nhiệt độ tăng lên các ion dương kim loại ở các nút mạng tinh thể dao động mạnh hơn, cản trở nhiều hơn đến sự chuyển động có hướng của các êlectrôn nên điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ.

Bán dẫn tinh khiết ở nhiệt độ bình thường, các electrôn đều là các electrôn liên kết nên điện trở cùa bán dẫn rất lớn. Khi nhiệt độ tăng lên, các êlectrôn liên kết dao động mạnh làm phá vỡ liên kết tạo thành các cặp electrôn tự do và lỗ trống nên chất bán dẫn dẫn điện, độ dẫn điện tăng lên và điện trở của chất bán dẫn giảm.

Loigiaihay.com

Câu c1 [trang 116 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Giải thích vì sao điện trở suất của kim loại và bán dẫn lại phụ thuộc vào nhiệt độ theo cách khác nhau, như thấy ở hình 23.2 SGK

Lời giải:

• Điện trở suất của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng, là do:

Khi nhiệt độ tăng, các ion kim loại ở nút mạng tinh thể dao động mạnh. Do đó độ mất trật tự của mạng tinh thể kim loại tăng làm tăng sự cản trở chuyển động của các electron tự do. Vì vậy, khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng, điện trở của kim loại tăng.

• Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, là do:

Ở nhiệt độ thấp, các electron liên kết tương đối yếu với các ion của nó. Khi tăng nhiệt độ, các electron có động năng đủ lớn bứt khỏi liên kết và tạo thành electron dẫn. Chừa lại một chỗ trống tương đương với hạt tải điện mang điện tích dương gọi là lỗ trống ⇒ khi nhiệt độ tăng mật độ hạt tải điện là electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết tăng ⇒ điện trở suất giảm.

Lời giải:

• Điện trở suất của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng, là do:

• Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, là do:

Ở nhiệt độ thấp, các electron liên kết tương đối yếu với các ion của nó. Khi tăng nhiệt độ, các electron có động năng đủ lớn bứt khỏi liên kết và tạo thành electron dẫn. Chừa lại một chỗ trống tương đương với hạt tải điện mang điện tích dương gọi là lỗ trống=> khi nhiệt độ tăng mật độ hạt tải điện là electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết tăng => điện trở suất giảm

Lý thuyết dòng điện trong chất bán dẫn

Quảng cáo

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

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.

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.

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

Sơ đồ tư duy về dòng điện trong chất bán dẫn

Câu C1 trang 103 SGK Vật lý 11
Giải Câu C1 trang 103 SGK Vật lý 11
Câu C2 trang 103 SGK Vật lý 11
Giải Câu C2 trang 103 SGK Vật lý 11
Câu C3 trang 105 SGK Vật lý 11
Giải Câu C3 trang 105 SGK Vật lý 11
Bài 1 trang 106 SGK Vật lí 11
Giải bài 1 trang 106 SGK Vật lí 11. Tính chất điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như thế nào?
Bài 2 trang 106 SGK Vật lí 11
Giải bài 2 trang 106 SGK Vật lí 11. Điểm khác nhau chính giữa nguyên tử đôno và axepto đối với Silic là gì?
Lý thuyết Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Lý thuyết từ thông, cảm ứng điện từ
Lý thuyết suất điện động cảm ứng
Lý thuyết tự cảm

Quảng cáo

Luyện Bài Tập Trắc nghiệm Lí lớp 11 - Xem ngay

Báo lỗi - Góp ý

Video liên quan

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 23: Dòng điện trong chất bán dẫn [Nâng Cao] giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Lời giải:

• Điện trở suất của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng, là do:

• Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, là do:

Lời giải:

Kim loại

Bán dẫn tinh khiết

• Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron

• Điện trở suất của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng

• Dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các electron và lỗ trống

• Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng

Lời giải:

+ Bán dẫn tinh khiết

– Hạt tải điện là electron và lỗ trống với số lượng bằng nhau

– ở nhiệt độ thấp, các electron liên kết tương đối yếu với các ion của nó => không có hạt tải điện

– khi nhiệt độ tăng , các electron có động năng đủ lớn bứt khỏi liên kết và tạo thành electron dẫn. Chừa lại một chỗ trống tương đương với hạt tải điện mang điện tích dương gọi là lỗ trống => mật độ hạt tải điện là electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết bằng nhau.

+ Bán dẫn có tạp chất

– Bán dẫn loại n: hạt tải điện cơ bản [đa số] là electron, hạt tải điện không cơ bản [thiểu số] là lỗ trống. Bán dẫn loại n được tạo thành do pha tạp các nguyên tố nhóm 5 vào bán dẫn tinh khiết

– Bán dẫn loại p: hạt tải điện cơ bản [đa số] là lỗ trống , hạt tải điện không cơ bản [thiểu số] là electron. Bán dẫn loại p được tạo thành do pha tạp các nguyên tố hóa trị 3 vào bán dẫn tinh khiết.

Lời giải:

* Sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n

+ Tại lớp chuyển tiếp p – n , có sự khuếch tán 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. Khi electron gặp lỗ trống, chúng liên kết và một cặp electron và lỗ trống biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p – n hình thành lớp nghèo [không có hạt tải điện].

+ Ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đono tích điện dương, ở về phía bán dẫn loại p có các axepto tích điện âm. Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

* Gọi U = Vp – Vn là hiệu điện thế áp vào tiếp xúc p – n

+ Khi U > 0: có dòng điện thuận với cường độ lớn chạy qua lớp tiếp xúc từ p sang n.

+ Khi U < 0: có dòng điện ngược với cường độ rất nhỏ chạy qua lớp tiếp xúc từ n sang p.

Vậy dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p – n chỉ theo một chiều từ p sang n => lớp chuyển tiếp p – n có tính chất chỉnh lưu.

Lời giải:

Gọi U = Vp – Vn là hiệu điện thế áp vào tiếp xúc p – n

+ Khi U > 0: điện trường ngoài có tác dụng tạo ra dòng các hạt tải điện cơ bản là electron từ bên bán dẫn n và lỗ trống từ bán dẫn p đi qua được lớp tiếp xúc p – n ⇒ có dòng điện chạy qua lớp tiếp xúc p –n, U càng tăng thì I càng tăng

+ Khi U < 0: điện trường ngoài có tác dụng chỉ tạo dòng các hạt tải không cơ bản là electron từ bên bán dẫn p và lỗ trống từ bán dẫn n đi qua được lớp tiếp xúc p- n ⇒ có dòng điện chạy qua lớp tiếp xúc p – n với cường độ rất nhỏ, như hình 23.12.

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.

Lời giải:

– 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 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.

Chọn đáp án B

A. Điện trở của lớp chuyển tiếp p – n là nhỏ, khi lớp chuyển tiếp được mắc vào nguồn điện theo chiều ngược

B. Nhiệt độ càng cao, tính chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p- n càng kém

C. Khi lớp chuyển tiếp p – n được hình thành thì luôn có dòng điện chạy theo chiều từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, do sự khuếch tán mạnh hơn của các hạt tải điện cơ bản so với các hạt tải không cơ bản

D. Khi lớp chuyển tiếp p – n được hình thành thì có dòng điện từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, do điện trường trong ở lớp tiếp xúc thúc đẩy chuyển động của các hạt tải điện thiểu số.

Lời giải:

Nhiệt độ càng cao, tính chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p – n càng kém

Đáp án: B

Lời giải:

Gọi N0 là số nguyên tử Si có trong chất bán dẫn

Ở nhiệt độ phòng trong bán dẫn Si tinh khiết, số cặp điện tử – lỗ trống bằng 10-13 N0

Tức là số hạt tải điện gồm cả điện tử và lỗ trống bằng 2.10-13 N0

Khi pha một nguyên tử P vào bán dẫn Si tinh khiết sẽ tạo ra thêm một electron tự do. Nếu ta pha P vào Si với tỉ lệ một phần triệu, thì số hạt tải điện tăng thêm bằng 10-6 N0

Vậy số hạt tải tăng thêm là :

Có thể bạn quan tâm?

Lý thuyết dòng điện trong chất bán dẫn

Video liên quan

Video liên quan

Bài Viết Liên Quan

Toplist mới

Bài mới nhất

Chủ Đề