Dòng điện bán dẫn

Chúng ta biết rằng trong bóng bán dẫn và điốt, dòng điện được mang bởi cả các điện tử tự do và lỗ trống . Các electron tự do và lỗ trống chuyển động ngược chiều nhau. Ví dụ, nếu các electron tự do chảy từ trái sang phải thì các lỗ trống sẽ chuyển từ phải sang trái.

Tuy nhiên, hướng của các lỗ được giả định giống với hướng của dòng điện.

Khi Benjamin Franklin bắt đầu làm các thí nghiệm về điện, ông tin rằng có thứ gì đó đang chuyển động qua các dây dẫn điện. Ông đặt tên cho những thứ chuyển động này là phí. Vào thời điểm đó, người ta chưa biết về electron và proton.

Franklin cho rằng chỉ có một loại điện tích và điện tích này sẽ luôn chuyển từ vùng có nồng độ cao hơn (hạt mang điện tích dư thừa) đến vùng có nồng độ thấp hơn (ít hạt mang điện hơn). Ông gọi vùng có nồng độ cao hơn là dương và vùng có nồng độ thấp hơn là âm.

Vì vậy, theo Franklin, điện tích luôn chuyển từ dương sang âm. Chúng ta biết rằng dòng điện có nghĩa là dòng điện tích. Vậy chiều dòng điện là chiều từ dương sang âm.

Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra electron và proton, các nhà khoa học nhận ra rằng hướng dòng điện thông thường là sai. Dòng điện thực sự được mang bởi các electron tự do chạy từ âm sang dương. Như vậy, chiều dòng điện thực tế là từ âm sang dương. Tuy nhiên, để tôn vinh phát hiện của Franklin, chúng tôi vẫn đi theo hướng hiện tại thông thường của ông (tức là từ tích cực sang tiêu cực).

Chiều dòng điện quy ước của bóng bán dẫn npn và pnp được thể hiện trong hình dưới đây.

Hướng hiện tại thông thường trong bóng bán dẫn pnp

Hãy xem xét bóng bán dẫn pnp như thể hiện trong hình dưới đây. Tiếp giáp cực phát-cơ sở (tiếp giáp pn) hoặc tiếp giáp cực phát được phân cực thuận và tiếp giáp cực-thu (tiếp giáp np) hoặc tiếp giáp cực thu được phân cực ngược.

Chiều dòng điện phát (I _E ) được biểu thị bằng mũi tên cho thấy rằng dòng điện phát đang chạy vào bóng bán dẫn. Mặt khác, dòng điện cơ bản (I _B ) và dòng điện góp (I _C ) đang chạy ra phía ngoài bóng bán dẫn.

Hướng hiện tại thông thường trong bóng bán dẫn npn

Hãy xem xét bóng bán dẫn npn như thể hiện trong hình dưới đây. Tiếp giáp cực phát-gốc (tiếp giáp np) được phân cực thuận và tiếp giáp gốc-thu (tiếp giáp pn) được phân cực ngược.

Hướng dòng phát I _E được biểu diễn bằng một mũi tên cho thấy rằng dòng phát đang chạy ra phía ngoài bóng bán dẫn. Mặt khác, dòng điện cơ bản I _B và dòng điện góp I _C đang chạy vào bóng bán dẫn.

Các thành phần hiện tại của bóng bán dẫn

Các thành phần dòng điện khác nhau trong bóng bán dẫn pnp chảy qua đường giao nhau bộ phát phân cực thuận J _E và đường giao nhau thu phân cực ngược J _C được thể hiện trong hình bên dưới.

Dòng phát I _E bao gồm dòng điện lỗ trống I _p E (phần lớn các lỗ trống truyền từ cực phát vào đế) và dòng điện tử I _n E (đa số các hạt mang điện đi từ đế vào chất phát).

Do đó tổng dòng phát I _E là tổng của dòng điện lỗ trống I _p E và dòng điện tử I _n E

I _E = I _p E + I _n E

Tỷ số giữa lỗ trống trên dòng điện tử, I _p E / I _n E, băng qua tiếp giáp cực phát tỷ lệ với tỷ số giữa độ dẫn của vật liệu p so với độ dẫn của vật liệu n. Chúng ta biết rằng độ dẫn điện tỷ lệ thuận với mức pha tạp. Nếu mức pha tạp nhiều hơn, độ dẫn điện tương tự hơn nếu mức pha tạp ít hơn, độ dẫn điện ít hơn.

Trong một bóng bán dẫn thương mại, sự pha tạp của bộ phát được tạo ra lớn hơn nhiều so với sự pha tạp của đế. Do đó, trong một bóng bán dẫn pnp, dòng phát gần như hoàn toàn là các lỗ.

Các lỗ đi qua điểm giao nhau của bộ phát J _E và đến điểm giao nhau của bộ thu J _C tạo thành dòng điện lỗ I _p C trong bộ thu.

Không phải tất cả các lỗ trống đi qua tiếp giáp cực phát J _{E đều} đến tiếp giáp thu J _C, bởi vì một số lỗ trống trong số chúng kết hợp với các điện tử trong cơ sở loại n.

Chúng tôi biết rằng lớp nền rất mỏng và pha tạp nhẹ. Vì vậy, chỉ có một số nhỏ lỗ trống kết hợp với các điện tử trong cơ sở loại n, tạo thành dòng cơ bản I _P E - I _P C. Số lượng lớn lỗ trống còn lại băng qua vùng cơ bản và đi vào vùng góp, tạo thành lỗ trống. hiện tại tôi _p C trong khu vực nhà sưu tập.

Hiện tại, hãy xem xét một bộ phát được mở mạch, trong khi mối nối bộ thu vẫn được phân cực ngược. Khi bộ phát được mở mạch, dòng phát bằng không I _E = 0 và do đó dòng lỗ trong bộ thu cũng bằng không I _p C = 0.

Trong điều kiện như vậy, điểm nối cơ sở cực thu J _C hoạt động như một điốt phân cực ngược và dòng điện cực góp I _C bằng dòng điện bão hòa ngược hoặc dòng điện thu bão hòa ngược I _CO .

Bây giờ chúng ta hãy quay trở lại tình huống mà bộ phát được phân biệt về phía trước.

Khi tiếp giáp cực phát J _E được phân cực thuận và tiếp giáp thu J _C được phân cực ngược, tổng dòng điện cực thu I _C sẽ là tổng dòng điện lỗ trống trong bộ thu I _p C và dòng điện cực thu bão hòa ngược I _CO .

I _C = I _p C + I _CO