Vật lí lớp 11

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 106 sgk Vật Lí 11

Hướng dẫn giải Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 106 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

I – Chất bán dẫn và tính chất

Có những loại vật liệu không thể xem là kim loại hoặc chất điện môi, đó là chất bán dẫn.

1. Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa điện trở suất của kim loại và điện trở suất của 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. Ta gọi đó là sự dẫn nhiệt riêng của chất bán dẫn. Điều này ngược lại với sự phụ thuộc của điện trở suất của các kim loại vào nhiệt độ.

2. Điện trở suất của chất bán dẫn rất nhạy cảm với tạp chất. Chỉ cần một lượng tạp chất nhỏ (khoảng 10-6% đến 10-3%) cũng đủ làm điện trở suất của nó ở lân cận nhiệt độ phòng giảm rất nhiều lần. Lúc này, ta nói sự dẫn điện cuả chất bán dẫn là dẫn điện tạp chất.

3. Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hoá khác.

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

Để hiểu được tính chất điện của chất bán dẫn, trước hết cần xác định hạt tải điện trong chất bán dẫn mang điện tích gì. Có thể lấy một thỏi bán dẫn và giữ một đầu ở nhiệt độ cao, một đầu ở 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.

1. Êlectron và lỗ trống

– Trong cả hai loại bán dẫn p và n, thực ra dòng điện đều do chuyển động của êlectron sinh ra. Khi tạo thành tinh thể silic, mỗi tinh thể silic có bốn êlectron hoá trị nên vừa đủ để tạo ra bốn liên kết với bốn nguyên tử lân cận.

– Các êlectron hoá trị đều bị liên kết, nên không tham giá vào việc dẫn điện.

– Khi một êlectron bị rứt khỏi mối liên kết, nó trở nên tự do và thành hạt tải điện gọi là êlectron dẫn, hay gọi tắt là êlectron. Chỗ liên kết đứt sẽ thiếu một êlectron nên mang điện dương. Khi một êlectron từ mối liên kết của nguyên tử silic lân cận chuyển tới đấy thì mối liên kết đứt sẽ di chuyển ngược lại. Chuyển động của êlectron liên kết bây giờ có thể xem như chuyển động của một điện tích dương theo chiều ngược. Nó cũng được xem là hạt tải điện mang điện dương và gọi là lỗ trống

⇒ Vậy, dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các êlectron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

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

– Hạt tải điện trong bán dẫn loại n chủ yếu là êlectron. Ta gọi là tạp chất cho (đôno)

– Hạt dẫn điện trong bán dẫn loại p chủ yếu là lỗ trống. Ta gọi là tạp chất nhận (axepto)

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

Tại lớp nghèo tiếp p – n do sự khuếch tán và tái hợp giữa các êlectron và lỗ trống nên hình thành một lớp không có các hạt tải điện gọi là lớp nghèo. Điện trở lớp nghèo rất lớn.

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Qua lớp tiếp xúc p – n dòng điện chỉ chạy từ p sang n gọi là chiều thuận, chiều kia gọi là chiều ngược. Vậy lớp chuyển tiếp p – n có tính chỉnh lưu.

3. Hiện tượng phun hạt tải điện

Khi qua lớp tiếp xúc p-n dòng điện chạy từ p sang n theo chiều thuận các hạt tải điện có thể đi vào lớp nghèo đi tiếp sang miền đối diện ta nói có sự phun hạt tải.

IV – Điốt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điốt bán dẫn

Điốt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p -n, có tính chỉnh lưu và được dùng để lắp mạch chỉnh lưu biến điện xoay chiều thành một chiều.

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

1. Hiệu ứng tranzito: Là hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở \(R_{CB}\)

2. Tranzito lưỡng cực n-p-n

– 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.

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 103 Vật Lý 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.

Trả lời:

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 \(\left( {\Omega .m} \right)\) 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.

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 103 Vật Lý 11

Vì sao ở hai bên lớp nghèo lại có ion dương và ion âm?

Trả lời:

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.

3. Trả lời câu hỏi C3 trang 105 Vật Lý 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?

Trả lời:

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

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 106 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 106 Vật Lý 11

Tính chất điện của bán dẫn và kim loại khác nhau như thế nào?

Trả lời:

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.

2. Giải bài 2 trang 106 Vật Lý 11

Điểm khác nhau chính giữa nguyên tử đôno và axepto đối với Silic là gì?

Trả lời:

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.

3. Giải bài 3 trang 106 Vật Lý 11

Mô tả cách sinh ra electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết, bán dẫn n và p.

Trả lời:

– 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.

4. Giải bài 4 trang 106 Vật Lý 11

Dòng điện chỉ chạy qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều nào?

Trả lời:

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

5. Giải bài 5 trang 106 Vật Lý 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?

Trả lời:

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.

?

1. Giải bài 6 trang 106 Vật Lý 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.

Bài giải:

Ta có:

– 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.

⇒ Đáp án: D.

2. Giải bài 7 trang 106 Vật Lý 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.

Bài giải:

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

⇒ Đáp án: D.

Bài trước:

Bài tiếp theo:

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 106 sgk Vật Lí 11 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 11 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“