CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
(Electronic Devices)
MỤC TIÊU
• Hiểu được vật liệu sử dụng trong chế tạo linh kiện điện tử.
• Cấu tạo, nguyên lý làm việc và sơ đồ tương đương của các linh kiện điện
tử.
• Các kỹ năng đo lường, phân tích, đánh giá và ứng dụng của các cấu kiện
điện tử thông dụng.
• Áp dụng các kiến thức của môn học để biết sử dụng và phân tích tác dụng
của các linh kiện trong các mạch điện tử.
2
NHIỆM VỤ CỦA SINH VIÊN
• Sinh viên phải thực hiện các nhiệm vụ sau đây:
- Tham gia ít nhất 80% số tiết học của lớp học phần;
- Tham gia các hoạt động làm việc nhóm theo qui định của lớp học phần;
- Tự tìm hiểu các vấn đề do giảng viên giao để thực hiện ngoài giờ học
trên lớp;
- Hoàn thành tất cả bài đánh giá của học phần.
3
Giáo viên
Giáo viên
LOGO
 TS. Thân Hồng Phúc,
Giảng viên khoa Kỹ thuật Máy tính và Điện tử,
trường Đại học Thông tin và Truyền thông Việt Hàn (VKU),
Đại học Đà Nẵng
Chuyên môn: Vật liệu và linh kiện bán dẫn, bán dẫn công suất, thiết
kế vi mạch số (Thiết kế Chip), Thiết kế hệ thống trên FPGA
 Email: thphuc@vku.udn.vn
 SĐT: 0328.0122.58

Mô tả môn học: Học phần trang bị cho người học kiến thức về vật liệu sử
dụng trong chế tạo linh kiện điện tử, cấu tạo, nguyên lý làm việc và sơ đồ
tương đương của các linh kiện điện tử, các kỹ năng đo lường, phân tích, đánh
giá và ứng dụng của các cấu kiện điện tử thông dụng và đặc biệt nhằm giúp
cho người học biết sử dụng và phân tích tác dụng của các linh kiện trong các
mạch điện tử.
Sách Giáo khoa:
1. Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky (2012). Electronic Devices and Circuit
Theory. 11th Edition, Prentice Hall.
2. Thân Hồng Phúc (2021). Tập thực hành Cấu kiện điện tử. Trường Đại học Công
nghệ Thông tin và Truyền thông Việt – Hàn - Đại học Đà Nẵng.
Sách Tham khảo:
1. Tony Chan Carusone, David Johns, Kenneth Martin (2011). Analog Integrated
Circuit Design. 2nd Edition, Wiley.
2. Hồ Văn Sung. Linh kiện bán dẫn và vi mạch – linh kiện điện tử. NXB Giáo dục.
3. Thân Hồng Phúc (2021). Cấu kiện điện tử. Trường Đại học Công nghệ Thông tin
và Truyền thông Việt – Hàn - Đại học Đà Nẵng.
5
Cơ Cấu Đánh Giá
Thành phần
đánh giá
Trọng số
(1)
(2)
A1. Đánh giá
quá trình
A2. Đánh giá
giữa kỳ
(%)
30%
20%
Hình thức đánh giá
Trọng số
con (%)
Rubric
(đánh dấu
X nếu có)
(3)
(4)
(5)
A1.1. Chuyên cần
30%
A1.2. Bài kiểm tra
nhanh trên lớp
30%
A1.3. Bài kiểm tra thực
hành trên lớp
40%
A2.1. Kiểm tra giữa kỳ
Chuẩn đầu ra Hướng dẫn
học phần có
phương
liên quan
pháp đánh
giá
(6)
(7)
CLO1
CLO2
CLO3
CLO4
CLO1
CLO4
CLO1
CLO2
CLO1
CLO2
Điểm danh
Kết
quả
kiểm tra
Kết
quả
kiểm tra
Kết
quả
kiểm tra
CLO4
CLO1
A3. Đánh giá
cuối kỳ
50%
A3.1. Thi cuối kỳ
CLO2
CLO3
Kết
quả
kiểm tra
CLO4
6
NỘI DUNG
1
CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ
2
CHƯƠNG 2: TIẾP XÚC P-N VÀ DIODE BÁN DẪN
3
CHƯƠNG 3: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC
4
CHƯƠNG 4. TRANSISTOR TRƯỜNG (FET)
5
6
7
CHƯƠNG 5. VI MẠCH TÍCH HỢP
4
CHƯƠNG 6. MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 7. MẠCH HỒI TIẾP
7
Phần 1: Giới thiệu khái quát về bán dẫn,
vật liệu bán dẫn và ứng dụng của bán dẫn
CONTENT
1
Vật liệu bán dẫn
2
Video và Link liên quan
3
Bài Tập Về Nhà
9
1
VẬT LIỆU BÁN DẪN
10
Cấu kiện điện tử là gì?
Các
linh kiện
điện, điện tử
(component)
Các
mạch
điện tử
(circuit)
Các
thiết bị,
hệ thống
điện tử
(equipment,
system)
LOGO
Cấu kiện điện tử có mặt khắp nơi
LOGO
Chất bán dẫn là các chất trung gian giữa các chất dẫn điện và
chất cách điện.
• Vùng cấm của chất bán dẫn hẹp (Eg ≤ 2 eV).
• Điện trở suất của chất bán dẫn vào khoảng 10-5 ÷ 10-7 Ωm
• Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần tạp chất, nhiệt độ, ánh
sáng, tia phóng xạ, cường độ điện trường,...
 Phân loại chất bán dẫn theo cấu trúc của vật liệu
Theo cấu trúc của vật liệu, chất bán dẫn có thể chia ra bốn loại,
vì tính chất của vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc của chúng nên các
loại vật liệu này rất khác nhau về tính chất, quá trình nghiên cứu
và ứng dụng cũng rất khác nhau.
① Bán dẫn đơn tinh thể
• Bán dẫn đơn tinh thể là dạng vật liệu đươc nghiên cứu kỹ nhất
cả về lý thuyết và thực nghiệm.
• Các đơn tinh thể được ứng dụng nhiều nhất là Si, Ge và các
hợp chất nguyên tố nhóm 3 với nguyên tố nhóm 5 trong bảng
tuần hoàn.
Đơn tinh thể bán dẫn trong thực tế được sử dụng dưới 2 dạng.
• Dạng thứ nhất là những phiến đơn tinh thể được cắt ra từ
những thỏi đơn tinh thể lớn được chế tạo bằng phương
pháp kéo đơn tinh thể như hình
• Dạng thứ hai là những lớp, những màng đơn tinh thể được
nuôi ghép trên các đế đơn tinh thể có cấu trúc tương tự
bằng phương pháp epitaxy.
 Phân loại chất bán dẫn theo cấu trúc của vật liệu
② Bán dẫn đa tinh thể
Bán dẫn đa tinh thể có 2 dạng:
- Vật liệu vi tinh thể và nano tinh thể được chế tạo dưới dạng màng
mỏng hoặc lớp mỏng
- Vật liệu hạt tinh thể lớn hơn dưới dạng những lát mỏng, bản mỏng.
③ Bán dẫn dạng gốm
Bán dẫn dạng gốm là bán dẫn oxit chế tạo theo phương pháp gốm.
Thực chất đây cũng là vật liệu đa tinh thể với kích thước hạt cỡ 1 µm ÷
10 µm và có thể có nhiều pha khác nhau.
④ Bán dẫn vô định hình
Bán dẫn vô định hình được sử dụng dưới dạng những lớp mỏng, màng
mỏng trên các loại đế có kích thước lớn.
 Phân loại theo tính chất và bề rộng vùng cấm
Theo tính chất và bề rộng vùng cấm bán dẫn có thể phân ra các nhóm sau:
① Bán dẫn vùng cấm hẹp (Narrow energy band gap semiconductor) là
những bán dẫn có thể có bề rộng vùng cấm nhỏ hơn khoảng 0.5 eV.
Các bán dẫn này thường được dùng để chế tạo các linh kiện quang điện
tử trong vùng hồng ngoại như laser hồng ngoại, detector hồng ngoại.
② Bán dẫn vùng cấm rộng (Wide energy band gap semiconductor) còn
được xếp vào loại bán dẫn chịu nhiệt vì nó có thể được dùng trong vùng
nhiệt độ cao.
Bảng 1.1. Tính chất của một số bán dẫn vùng cấm hẹp
Bán dẫn
InSb
InAs
PbSe
PbTe
PbS
Hg1-xCdxTe
∆Eg (eV)
0.17
0.36
0.28
0.31
0.41
0 ÷ 1.56
Loại vùng cấm
D (Direct: thẳng)
D
D
D
D
D
Bảng 1.2. Tính chất của một số bán dẫn vùng cấm rộng
Bán dẫn ∆Eg (eV)
C
(Diamon
d)
SiC
(W.6H)
SiC
(Z.3C)
AlN(W)
GaN (W)
ZnSe (Z)
ZnS (Z)
Loại
µn
vùng cấm (cm2/vs)
µp
(cm2/vs)
5.47
I
2200
1600
Độ dẫn
nhiệt
(Wcm-1K1)
10
3.0
I
600
40
3.6
2.3
I
1000
40
3.2
6.28
3.44
2.7
3.68
D
D
D
D
135
1000
600
165
14
30
80
40
2.0
1.5
0.19
0.27
19
③ Bán dẫn vùng cấm thẳng, bán dẫn vùng cấm xiên
Các bán dẫn vùng cấm thẳng có nhiều tính chất ưu việt thích hợp
để chế tạo các linh kiện quang điện tử.
* Các bán dẫn vùng cấm thẳng có ký hiệu là D (viết tắt của Direct
Transition)
* Các bán dẫn vùng cấm xiên có ký hiệu là I (viết tắt của Indirect
Transition).
20
Bán dẫn
Loại
tinh thể
∆Eg
(eV)
Loại
vùng
Bán dẫn
Loại
tinh thể
∆Eg
(eV)
Loại
vùng
Ge
Si
C
SiC
SiC
InSb
InAs
GaSb
InP
GaAs
AlSb
AlAs
GaP
AlP
D
D
D
Z
W
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
0.67
1.12
5.47
2.3
3.0
0.17
0.36
0.72
1.35
1.42
1.58
2.16
2.27
2.45
I
I
I
I
D
D
D
D
D
D
I
I
I
I
GaN
AlN
CdTe
CdSe
ZnTe
CdS
ZnSe
ZnS
PbSe
PbTe
PbS
ZnO
W
W
Z
W
Z
W
Z
Z
R
R
R
W
3.44
6.28
1.56
1.70
2.28
2.42
2.70
3.68
0.28
0.31
0.41
3.4
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
21
④ Phân loại bán dẫn theo lĩnh vực ứng dụng
Chúng ta biết rằng bán dẫn được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học,
kỹ thuật và công nghiệp. Theo các lĩnh vực ứng dụng vật liệu bán dẫn có thể
phân ra các nhóm sau:
- Các bán dẫn dùng trong công nghệ chế tạo các linh kiện và mạch điện tử
như Si, Ge,...
- Các bán dẫn dùng để chế tạo các linh kiện quang điện tử, các vật liệu nhạy
quang như Ⅲ-Ⅴ,Ⅱ-Ⅵ,...
- Các bán dẫn nhiệt điện như Ⅱ-Ⅴ
- Các bán dẫn siêu dẫn như PbS, PbSe, PbTe, SrTiO3
- Các bán dẫn có từ tính như NiO, C0O, FeO, EuO, EuS, EuSe.
Sự phân chia ở đây hoàn toàn tương đối vì có nhiều vật liệu bán dẫn được dùng
vào nhiều mục đích khác nhau.
22
Vật liệu ∆Eg (eV) Những ứng dụng quan trọng hiện nay
Ge
0.67
Si
α-Si: H
1.12
1.7
SiC (W- 3.26
4H)
SiC (W- 3.0
6H)
InSb
0.17
InAs
0.36
Photodetectors, làm đế (substrate) cho linh kiện tích
cực
Mạch tích hợp, photodetector, pin mặt trời, làm đế
Dùng chế tạo lớp nhạy quang rộng hoặc trên đế dẻo,
photoreceptor trong kỹ thuật in tĩnh điện, pin mặt trời,
transistor màng mỏng trong hiển thị tinh thể lỏng, linh
kiện kỹ thuật hình ảnh (imaging devices)
Linh kiện công suất cao, tần số cao
Linh kiện nhiệt độ cao, quang điện tử (LED xanh, UV
detector)
Photodetector hồng ngoại
Photodetector hồng ngoại
23
InP
1.35
GaAs
1.42
GaP
GaN
CdTe
CdS
ZnSe
2.27
3.44
1.56
2.42
2.7
ZnS
PbSe
3.68
0.28
Linh kiện quang điện tử, vi ba, đế trong cấu trúc dị
chất
Linh kiện tốc độ cao, quang điện tử, pin mặt trời, linh
kiện vi ba, đế trong linh kiện tích cực
LED (đỏ, vàng, xanh)
LED (xanh lá cây, xanh da trời)
Pin mặt trời
Pin mặt trời
LED xanh, cửa sổ bảo vệ, phần tử quang học (optical
components)
Cửa sổ hồng ngoại, phần tử quang, hiển thị bản phẳng
Quang điện tử hồng ngoại (laser, photodetector)
24
PbS
0.41
AlxGa1-xAs / GaAs
1.42 ÷ 2.16
GaAs1-xDx
GaxIn1-xAs
1.42 ÷ 2.27
0.36 ÷ 1.42
GaxIn1-xP1-x/InP
0.75 ÷ 1.35
Quang điện tử hồng ngoại (2 ÷ 6 µm), kỹ thuật hình
ảnh nhiệt
Laser, thành phần trong transistor trường pha tạp điều
biến (MODFET), transistor điện từ linh động cao
(HEMT), transistor lưỡng cực chuyển tiếp dị chất
(HBT), pin mặt trời
LED từ đỏ đến xanh
Laser, photodetector, thông tin sợi quang (λ = 1.55
µm)
Laser, photodetector, thông tin sợi quang trong vùng λ
= 1.3 và 1.55 µm
25

Đặc tính dẫn điện của chất bán dẫn
- Đặc tính dẫn điện của bán dẫn tinh khiết (bán dẫn thuần)
Hai chất bán dẫn tinh khiết điển hình là Ge, Si có cấu trúc vùng năng lượng như
hình H1.2 với Eg = 0.72 eV và Eg = 1.12 eV thuộc nhóm 4 của bảng tuần hoàn.
Cấu trúc vùng năng lượng
26
Mô hình cấu trúc mạng tinh thể
Trong mạng tinh thể mỗi nguyên tử có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng nên cần 4 điện tử nữa
để liên kết mới trở thành bền vững.
Vì mỗi nguyên tử cần 4 đôi điện tử để tạo ra lớp điện tử bền vững ở lớp ngoài cùng nên
nó phải liên kết với 4 nguyên tử khác ở bên cạnh, vì vậy trong mạng tinh thể không có điện
tử tự do.
27
Đối với bán dẫn tinh khiết, tính dẫn điện chịu ảnh hưởng của các yếu tố
chính sau đây:
 Nhiệt độ: nhiệt độ tăng thì dao động của các nút mạng tinh thể tăng lên,
dễ phá vỡ mối liên kết giữa các nguyên tử. Nhờ vậy, tính dẫn điện của
bán dẫn tăng lên. Ở gần 0°K các chất bán dẫn hầu như không dẫn điện.
 Các tia bức xạ như: ánh sáng, tia tử ngoại,...khi chiếu vào khối tinh thể
sẽ truyền năng lượng cho điện tử ở lớp ngoài làm cho nó dễ thoát ra trở
thành điện tử tự do và tạo ra lỗ trống. Cường độ ánh sáng càng mạnh thì
độ dẫn điện càng tăng.
 Cường độ điện trường sẽ tác dụng lực lên các điện tử. Khi lực tĩnh điện
đủ mạnh sẽ phá vỡ mối liên kết và lúc đó bán dẫn trở thành dẫn điện tốt.
Ngoài ra, các tia phóng xạ cũng gây ảnh hưởng đến tính dẫn điện của
chất bán dẫn.
28
Đặc tính dẫn điện của bán dẫn tạp
Nếu pha thêm tạp chất vào bán dẫn tinh khiết, tính dẫn điện sẽ thay đổi.
Nếu tạp chất là nguyên tố có quá 4 điện tử ở lớp ngoài cùng (như nguyên
tố nhóm 5 hay 6) ta gọi là tạp chất cho.
Nếu nguyên tố tạp chất có ít hơn 4 điện tử ở lớp ngoài cùng (như nguyên
tố nhóm 3) ta gọi là tạp chất nhận.
Mạng tinh thể bán dẫn khi lẫn tạp chất cho, chẳng hạn pha thêm P (nguyên
tố nhóm 5) vào tinh thể Si (nguyên tố nhóm 4).
Khi đó, bán dẫn dẫn điện chủ yếu bằng điện tử nên gọi là bán dẫn điện tử
hay bán dẫn loại N (lấy từ chữ Negative nghĩa là âm).
Phần tử dẫn điện chủ yếu gọi là phần tử cơ bản hay phần tử dẫn điện đa số.
Ở bán dẫn loại N, phần tử dẫn điện cơ bản là điện tử.
29
30
Nếu tạp chất thuộc loại nhận chẳng hạn như B (nguyên tố
nhóm 3) thì hiện tượng diễn ra ngược lại. Ta biết nguyên tử B có
3 điện tử ở lớp ngoài cùng.
Khi đó bán dẫn dẫn điện chủ yếu bằng lỗ trống nên gọi là bán
dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại P (lấy từ chữ Positive nghĩa là
dương). Ở bán dẫn loại P, phần tử dẫn điện cơ bản là lỗ trống.
31
Một số ví dụ ứng dụng của chất bán dẫn hiện nay
Bán dẫn có thể là đơn chất như Si, Ge,...hoặc hợp chất như GaAs, InGaP,
GaN, SiC,...Do các đặc tính dẫn điện như trên, chúng có rất nhiều ứng dụng
trong kỹ thuật và khoa học, được sử dụng trong nhiều thiết bị hiện nay.
32
2
Video và Link liên quan
https://www.youtube.com/watch?v=CjAVfW_6juw
https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-04-quantum-physics-i-spring-2013/lecturevideos/lecture-22/
https://ocw.mit.edu/courses/chemistry/5-112-principles-of-chemical-science-fall2005/video-lectures/lecture-34-bonding-in-metals-and-semiconductors/
33
QUIZ: CHỌN CÂU ĐÚNG
1) When a photon of sufficient energy strikes the diode, it excites
an electron, thereby creating a free electron. What is this
phenomenon called?
A. Peltier Effect
B. Photoelectric Effect
C. Seebeck Effect
2） By definition, N-type semiconductor has an excess of
_______ compared to the P-type region, which has an excess of
______ compared to the N-type region.
A. Electrons, holes
B. Holes, electrons
3） The most widely used semi-conductive material in electronic
device
A. Germanium
B. Carbon
C. Cooper
D. Silicon
34
QUIZ: CHỌN CÂU ĐÚNG:
4）The energy band in which free electrons exist is the
A. first band
B. second band
C. conductive band
D. valence band
5）The resistivity of a semiconductor lies between
A.10 -6 Ωm to10-8 Ωmn
B.108 Ωm to1014 Ωm
C. 10 -2 Ωm to104 Ωm
D. None of these
35
4
Bài Tập Về Nhà
Problem 1
Show that green light (λ = 5 x 10-7 m) can excite electrons across
the band gap of silicon (Si).
Problem 2
(a) Electromagnetic radiation of frequency 3.091 x 1014 Hz
illuminates a crystal of germanium (Ge). Calculate the wavelength
photoemission generated by this interaction. Germanium is an
elemental semiconductor with a band gap, Eg, of 0.7 eV.
(b) Sketch the absorption spectrum of germanium, i.e., plot %
absorption vs. wavelength, λ.
• Sinh viên tham khảo bài khóa theo đường link gợi ý sau:
https://ocw.mit.edu/courses/materials-science-andengineering/3-091sc-introduction-to-solid-state-chemistryfall-2010/electronic-materials/14-semiconductors/
36