ch1 สารกึ่งตัวนำ
TRANSCRIPT
LOGO
จ ำนวนหนวยกต 2(0-6-2) หนวยกต
ประจ ำภำคเรยนท 1 ปกำรศกษำ 2559
รหสวชา 353152 วงจรอเลกทรอนกส 1
Electronic Circuit I
1
สดสวนของคะแนนดบในการตดสนผล• คะแนนจตพสย 10%
• คะแนนการบาน 10%
• ทดสอบยอย 10%
• คะแนนสอบกลางภาค 30%
• คะแนนสอบปลายภาค 40%
ตด F < 35% A ท 80%
2
บทน า
สสารบนโลกในนประกอบไปดวยอะไรบาง?
4
• ฉนวน
สสารบนโลกในนประกอบไปดวยอะไรบาง?
• สารกงตวน า • ตวน ำ
ทอหมแอร
สำยไฟฟำเชน
ทองแดง,เงน,ทอง,เหลก
ประกอบไปดวยอะไรบางกอนทจะเปนสารกงตวน า
5
ไฟฟาประกอบดวยอะไร?
นวตรอน+ +
--
อเลกตรอน
โปรตรอนนวเคลยส
โครงสรางของอะตอม(Atom)6
Atom
โครงสรางของอะตอม7
Atom
โครงสรางของอะตอมอยางงาย8
Atom
The Maximum Number of Electrons in Each Shellจ ำนวนสงสดของอเลกตรอน (𝑁𝑒) ทสำมำรถอยในวงโคจรของอะตอม 9
Atom
shell 1
shell 2
shell 4
shell 3
10
แถบพลงงาน
11
12
เปรยบเทยบ สารกงตวน า กบ ตวน าดวยอะตอม
13
การจดเรยงอเลกตรอนของ Silicon และ Germanium
14
พนธะโคเวเลนตของสารกงตวน า
กำรยด เกำะกนของอะตอมของซลคอนและเจอรมนเนยมเปนผลกนน ยดเกำะกนดวยพนธะโคเวเลนต(Covalent Bonds) โดยแตละอะตอมจะใชรวมกนกนอะตอมเคยงขำงทง 4
Bonding diagram
โครงสรำงผลกแบบเพชร15
กระแสในสารกงตวน า(CURRENT IN SEMICONDUCTORS)
16
กระแสในสารกงตวน า(CURRENT IN SEMICONDUCTORS)
17Electron and Hole Current
ท าไมจงไมน าสารกงตวน าบรสทธมาใชเลย?
เพรำะสำรกงตวน ำในสภำวะปกตไมสำมำรถน ำกระแสไดด
18
อนเนองมาจาก จ ำนวนของอเลกตรอนอสระในแถบควำมน ำและจ ำนวนของโฮลในแถบวำเลนต ยงมนอย
จะท าอยางไรเพอใหเกดอเลกตรอนอสระหรอโฮลมากขน ?
จะท าอยางไรเพอใหเกดอเลกตรอนอสระหรอโฮลมากขน ?
• ท ำกำรเตมสำรเจอปน (Adding Impurities) ลงไปในผลกสำรกงตวน ำบรสทธ เพอใหเกดอเลกตรอนอสระหรอโฮลมำกขน โดยกำรเตมสำรเรยกวำ กำรโดป ม 2 ชนดคอ – สำรกงตวน ำชนดเอน(N-type)– สารกงตวน าชนดพ(P-type)
19
สารกงตวน าชนดเอน(N-type)
20
Sb : พลวงSi : ซลคอน
สารกงตวน าเมอท าการโดปสารชนดเอนลงไป (ซลคอนและเจอรมนเนยม) จะมอเลกตรอนอสระอยเปนจ านวนมาก เปนผลท าใหเกดประจไฟฟาลบมากกวาประจไฟฟาบวก เราเรยกวา ประจพาหะขางมาก(Majority Carriers)
สำรกงตวน ำชนดพ(P-type)
21
ท าการเจอปนสารทมอเลกตรอนวงนอกสดเทากบ 3 ตว เชน อะลมเนยม โบรอน แกลเลยม ลงไป (ซลคอนหรอเจอรมนเนยมทบรสทธ) จะท าใหเกดการจบคอะตอมใหมจบกนทวงนอกสดไดเพยง 3 ตว และจะเกดโฮลขน 1 ตวB : โบรอน
Si : ซลคอน
เมอน าสารพ-เอนมาตอกน
22
23
การไบอสสารชนดพ-เอน
24
การไบอสเปนการใชงานรอยตอ p-n เพอใหไดตามทตองการใชงาน ไมไบอส ไมมแหลงจายภายนอกจงไมเกดกระแสไหล เพราะเกดชองวางบรเวณเขต
ปลอดพาหะ
การไบอสสารชนดพ-เอน
25
การไบอสสารชนดพ-เอน
26
คณลกษณะสมบตของไดโอด (DIODE CHARACTERISTICS)
ลกษณะสมบตโดยทวไปของสารกงตวน าไดโอด มพฤตกรรมดงสมการ
IS คอ กระแสปอนกลบ , VD เกดจากการไอแอสตรงของไดโอด และ n คอ ตวประกอบในอดมคต
แรงดนทรอยตอ VT ค านวณไดจาก
k คอ Boltzmann’s constant (1.3810-23 J/K), T คอ absolute temperature in Kelvins q คอ magnitude of electron charge (1.610-19 C).
27
ลกษณะไดโอดในทางอดมคตFor positive VD
For VD=0
For negative VD,
Example 1. Determine the diode current at 20C for a silicon diode with IS= 50 pA, VD = 0.6V. T=273+20C =293 K
คณลกษณะสมบตของไดโอด (DIODE CHARACTERISTICS)
28
คณลกษณะสมบตของไดโอด (DIODE CHARACTERISTICS)
29
การพงทลายของรอยตอ Zener region is in the diode’s reverse-bias region.
At the point where the reverse bias voltage is large, the diode breaks down resulting in dramatically increasing of the reverse current.
The maximum reverse voltage that will not take a diode into the Zener region is called peak reverse voltage.
30
ผลกระทบจากอณหภม ขณะทอณหภมเพมขนจะเพมพลงงานใหกบไดโอด
แรงดนในทางไบแอสตรงจะลดลง
ปรมาณกระแสยอนกลบจะเพมขน
แรงดนพงทลายไอแอสกลบจะเพมสงสด
Germanium มความไวตออณหภมมากกวา silicon.
การบาน• 1. Determine the diode current at 20C for a silicon diode with IS= 10 nA, forverse-bias VD = 0.6V.
• 2. Determine the diode current at 20C for a silicon diode with IS= 10 uA, reverse-bias VD = -10V. • 3.จงวาดโครงสรางของอะตอมพรอมอธบายสวนประกอบตางๆลงใน A4
31