สารกึ่งตัวนำ

หน่วยที่ 1 สารกึ่งตัวนำ อิเล็กทรอนิกส์ วิทยาลัยเทคนิคชุมพร

แผนการจัดการเรียนรู้มุ้งเนน้ สมรรถนะ หน่วยที่ 1 สอนครั้งที่ 1 ชื่อหน่วย ชั่วโมงรวม 5 ชว่ั โมง สารกงึ่ ตัวนำ 1. หวั ข้อเรือ่ ง 1.1 สารกง่ึ ตวั นำ 1.2 สารกงึ่ ตวั นำบริสุทธ์ิ 1.3 สารก่ึงตัวนำผสม 1.4 สารกึ่งตัวนำชนดิ N 1.5 สารกง่ึ ตัวนำชนิด P 1.6 คุณสมบตั ขิ องสารกึ่งตัวนำชนิด N และชนดิ P 2. สาระสำคญั สารกึ่งตัวนำ (Semi – Conductor) คือ สารที่แปรเปลี่ยนค่าความต้านทานในตัวเองถ้าทำการ เปลี่ยนขั้วแรงดันไฟฟ้าทีต่ กคร่อมตัวมัน นิยมนำมาใช้ในการสร้างอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากบางขณะ สารกึ่งตัวนำสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้แต่เมื่อเปลี่ยนขั้วแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมมันแล้วก็จะกลายเป็นฉนวน (Insulator) อุปกรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์ทท่ี ำมาจากสารก่ึงตัวนำจะมีขนาดเล็ก นำ้ หนักเบาใช้กำลังไฟฟ้าน้อย ไม่มี ส่วนที่เป็นหน้าสัมผัส (Contact) ทนต่อแรงสั่นสะเทือน มีอายุการใช้งานยาวนาน เรียกอุปกรณ์ อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ทท่ี ำมาจากสารกึง่ ตวั นำวา่ “โซลดิ สเตท” (Solid – state) 3. สมรรถนะหลกั (สมรรถนะประจำหนว่ ย) แสดงความรู้เกีย่ วกับสารกงึ่ ตัวนำ 4. สมรรถนะยอ่ ย (สมรรถนะการเรยี นรู้) สมรรถนะท่วั ไป (ทฤษฎ)ี 1. แสดงความรเู้ ก่ยี วกับสารก่งึ ตวั นำ 2. แสดงความรเู้ กยี่ วกับสารกึ่งตัวนำบรสิ ทุ ธิ์ 3. แสดงความรู้เกีย่ วกบั สารก่ึงตวั นำผสม 4. แสดงความรู้เกย่ี วกบั สารก่ึงตัวนำชนดิ N 5. แสดงความรู้เก่ียวกับสารกึ่งตวั นำชนิด P 6. แสดงความรู้เก่ียวกบั คุณสมบตั ขิ องสารกง่ึ ตวั นำชนดิ N และชนดิ P สมรรถนะทพี่ งึ ประสงค์ (ทฤษฎ)ี เม่ือผู้เรยี นไดศ้ ึกษาเน้ือหาในบทนแ้ี ลว้ ผูเ้ รียนสามารถ 1. บอกสารกึ่งตัวนำได้ถกู ต้อง 2. บอกสารกึ่งตัวนำบริสทุ ธิ์ได้ถูกต้อง 3. บอกสารกง่ึ ตวั นำผสมไดถ้ ูกต้อง 4. บอกสารกึ่งตัวนำชนดิ N ได้ถกู ต้อง 5. บอกสารกึ่งตวั นำชนิด P ได้ถกู ต้อง 6. อธิบายคณุ สมบัติของสารก่ึงตวั นำชนดิ N และชนิด P ไดถ้ ูกต้อง

แผนการจดั การเรยี นรมู้ งุ้ เน้นสมรรถนะ หน่วยท่ี 1 สอนครั้งท่ี 1 ชือ่ หน่วย ชัว่ โมงรวม 5 ชวั่ โมง สารก่ึงตวั นำ สมรรถนะท่ัวไป (ปฏิบัติ) 1. แสดงทักษะการเขียนคุณสมบตั สิ ารกึ่งตัวนำ สมรรถนะทพี่ งึ ประสงค์ (ปฏิบตั ิ) เม่ือผูเ้ รยี นไดศ้ ึกษาเน้ือหาในบทนแ้ี ล้ว ผเู้ รียนสามารถ 1. เขยี นคณุ สมบัติสารก่งึ ตัวนำได้ถูกต้อง 5. กจิ กรรมการเรียนการสอน ในการจัดการเรียนการสอนรายวิชาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร (20105-2005) ได้กำหนด กิจกรรมการเรียนการสอนให้ผู้เรียนได้เกิดการเรียนรู้โดยใช้กระบวนการจัดการเรียนการสอนแบบ MIAP และ ใช้เทคนิคการจัดการเรียนรู้แบบ Active Learning แบบการเรียนรู้แบบร่วมมือ (Collaborative learning group) โดยมีขั้นตอนการจัดกจิ กรรมการเรยี นการสอน ดงั นี้ กิจกรรมการเรียนการสอน (สอนครง้ั ที่ 1 ) เวลา 5 ชัว่ โมง/สปั ดาห์ 1. ครผู สู้ อนชแี้ จงรายละเอียดเกี่ยวกับ จดุ ประสงค์รายวชิ า สมรรถนะรายวิชา และคำอธบิ ายรายวิชา การวดั และประเมนิ ผลการเรยี น คุณลกั ษณะอนั พึงประสงค์ และข้อตกลงในการจัดการเรียนการสอน 2. ครผู สู้ อนแสดงตัวอย่างเก่ียวกับสารกง่ึ ตัวนำ 3. ครูผู้สอนถ่ายทอดความรู้ ในหน่วยท่ี 1 เรือ่ งสารกงึ่ ตวั นำ 4. ครผู ้สู อนแสดงใบงานการสาธิตการหาคลนื่ วิทยุ พร้อมอธิบายข้ันตอนการปฏิบัติตามใบงาน 5. ครูผู้สอนให้ผูเ้ รียนแบง่ กลุ่ม และปฏบิ ตั ติ ามข้ันตอนใบงานการเขียนสารกง่ึ ตวั นำ 6. ครูผู้สอนประเมินผลการปฏิบัตงิ านของผูเ้ รียน และใหผ้ เู้ รียนช่วยกันสรปุ สาระสำคญั ของเร่ืองทเี่ รยี น ประจำสปั ดาห์ ครูเนน้ ย้ำให้ผ้เู รียนตระหนกั ถึงหลกั ปรชั ญาเศรษฐกจิ พอเพยี งในส่วนของความรับผดิ ชอบ ในดา้ นการเรียน ตระหนักถึงความมวี นิ ยั ตรงตอ่ เวลา และมีจติ อาสาในการปฏิบัตงิ านร่วมกันในการ ทำงาน ในเรอื่ งสารกึ่งตัวนำ

แผนการจัดการเรียนรูม้ ุ้งเน้นสมรรถนะ หนว่ ยที่ 1 สอนครง้ั ที่ 1 ชื่อหน่วย ช่ัวโมงรวม 5 ช่วั โมง สารกึ่งตวั นำ 6. สื่อการสอน 1. เอกสารประกอบการสอน 2. เอกสารประกอบการเรียน 3. ส่อื นำเสนอ Power Point 7. งานทมี่ อบหมาย /กจิ กรรม ให้นกั เรยี นทำแบบฝกึ หดั เสรมิ ทกั ษะ ทา้ ยหน่วยการเรยี นท่ี 1 8. การวดั และประเมินผล วิธกี าร เครือ่ งมือ เกณฑ์ วดั ผล/ประเมินผล -ทำแบบฝึกหัดเสริม ทักษะท้ายหนว่ ย -แบบฝกึ หัดเสริมทักษะ -ผ่านเกณฑ์ร้อยละ 60 1.สมรรถนะท่ีพงึ ประสงค์ -ปฏบิ ัตติ ามใบงาน ท้ายหน่วย 2.คณุ ลักษณะอันพงึ -ประเมินคุณลักษณะอนั ประสงค์ พึงประสงค์ -แบบประเมินผลการ ปฏบิ ตั งิ าน -แบบประเมนิ -ผา่ นเกณฑร์ ้อยละ 80 คณุ ลกั ษณะอันพึง ประสงค์

อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร หน่วยท่ี 1 สารก่ึงตวั นา หัวข้อเร่ือง 1.1 สารก่ึงตวั นา 1.2 สารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิ 1.3 สารก่ึงตวั นาผสม 1.4 สารก่ึงตวั นาชนิด N 1.5 สารก่ึงตวั นาชนิด P 1.6 คณุ สมบตั ิของสารก่ึงตวั นาชนิด N และชนิด P แนวคิดสาคญั สารก่ึงตวั นา (Semi – Conductor) คอื สารท่ีแปรเปลี่ยนค่าความตา้ นทานในตวั เองถา้ ทาการ เปลี่ยนข้ัวแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตวั มนั นิยมนามาใช้ในการสร้างอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ เน่ืองจากบางขณะสารก่ึงตวั นาสามารถนากระแสไฟฟ้าไดแ้ ต่เม่ือเปล่ียนข้วั แรงดนั ไฟฟ้าตกคร่อม มนั แลว้ ก็จะกลายเป็นฉนวน (Insulator) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีทามาจากสารก่ึงตวั นาจะมีขนาด เล็ก น้าหนักเบาใชก้ าลงั ไฟฟ้านอ้ ย ไม่มีส่วนท่ีเป็ นหน้าสัมผสั (Contact) ทนต่อแรงสั่นสะเทือน มีอายุการใช้งานยาวนาน เรียกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทามาจากสารก่ึงตวั นาว่า “โซลิดสเตท” (Solid – state) จดุ ประสงค์การเรียนรู้ จดุ ประสงค์ทวั่ ไป เพ่ือใหม้ ีความรู้ ความเขา้ ใจ เก่ียวกบั สารก่ึงตวั นา มีคณุ ลกั ษณะอนั พึงประสงค์ คณุ ธรรม จริยธรรม และกิจนิสยั ในงานอาชีพท่ีดี

อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม 1. บอกคณุ สมบตั ิของสารก่ึงตวั นาไดถ้ ูกตอ้ ง 2. อธิบายลกั ษณะของสารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิไดถ้ กู ตอ้ ง 3. อธิบายลกั ษณะของสารก่ึงตวั นาผสมไดถ้ ูกตอ้ ง 4. อธิบายลกั ษณะของสารก่ึงตวั นาชนิด N ไดถ้ ูกตอ้ ง 5. บอกคณุ สมบตั ิของสารก่ึงตวั นาชนิด N ไดถ้ ูกตอ้ ง 6. อธิบายลกั ษณะของสารก่ึงตวั นาชนิด P ไดถ้ ูกตอ้ ง 7. บอกคณุ สมบตั ิของสารก่ึงตวั นาชนิด P ไดถ้ กู ตอ้ ง 8. แสดงพฤติกรรม ลกั ษณะนิสยั ท่ีดีในการปฏิบตั ิงานดว้ ยความรับผิดชอบ ความมีวินยั ความสะอาด และความซื่อสัตยส์ ุจริต

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร เนื้อหาสาระ บทนา สารก่ึงตวั นา (Semi – Conductor) คือ สารที่แปรเปล่ียนค่าความตา้ นทานในตวั เองถา้ ทาการ เปลี่ยนข้วั แรงดนั ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตวั มนั นิยมนามาใชใ้ นการสร้างอปุ กรณ์ทางอิเลก็ ทรอนิกส์ เรียก อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ท่ีทามาจากสารก่ึงตวั นาวา่ “โซลิดสเตท” (Solid – state) 1.1 สารกงึ่ ตวั นา (Semi – Conductor) สารก่ึงตวั นา คือ ธาตทุ ่ีมิอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด 4 ตวั พอดี มีคุณสมบตั ิทางไฟฟ้าอยูร่ ะหวา่ งธาตุ ตวั นาและธาตุฉนวน ธาตกุ ่ึงตวั นาสามารถนามาใชใ้ นการผลิตอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาได้ ธาตุก่ึงตวั นา ท่ีนิยมใชใ้ นการผลิตอุปกรณ์สารก่ึงตวั นา ไดแ้ ก่ ธาตุซิลิคอน (Silicon ; Si) และธาตเุ จอร์เมเนียม (Germanium ; Ge) มีโครงสร้างของอะตอมแสดงดงั รูปท่ี 1.1 และรูปที่ 1.2 14 2 8 4 Si (ก) 1 อะตอมของธาตุซิลิคอน (ข) 1 อะตอมเขยี นเฉพาะอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด รูปท่ี 1.1 โครงสร้างอะตอมธาตซุ ิลิคอน จากรูปที่ 1.1 แสดงโครงสร้างอะตอมธาตซุ ิลิคอน รูปที่ 1.1 (ก) 1 อะตอมของธาตซุ ิลิคอน และ รูปที่ 1.1 (ข) 1 อะตอมเขียนเฉพาะอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร 32 2 8 18 4 Ge (ก) 1 อะตอมของธาตุเจอร์เมเนียม (ข) 1 อะตอมเขยี นเฉพาะอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด รูปท่ี 1.2 โครงสร้างอะตอมธาตเุ จอร์เมเนียม จากรูปท่ี 1.2 แสดงโครงสร้างอะตอมของธาตุเจอร์เมเนียม รูปท่ี1.2 (ก) 1 อะตอมของธาตุ เจอร์เมเนียม และรูปที่ 1.2 (ข) 1 อะตอมเขียนเฉพาะอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด 1.2 สารกงึ่ ตวั นาบริสุทธ์ิ สารก่ึงตัวนาบริสุทธ์ คือ สารหรือธาตุที่ไม่ได้เติมสารเจือปน (Doping) ใดๆ ลงไป เช่น ซิลิคอน (Silicon) และเจอร์เมเนียม (Germanium) มีจานวนอิเลก็ ตรอน 14 ตวั และ 32 ตวั ตามลาดบั สารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิ หรืออินทรินซิกเซมิคอนดกั เตอร์ (Intrinsic Semiconductor)อิเลก็ ตรอนวงนอก สุดถูกแลกเปล่ียนกบั อะตอมขา้ งเคียง จนทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตวั พอดี ลกั ษณะการ จบั ตวั กนั ของอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด แสดงดงั รูปที่ 1.3 CSoire CSoire CSoire CSoire CSoire CSoire CSoire CSoire CSoire รูปที่ 1.3 การจบั ตวั กนั ของอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดในแต่ละอะตอม

อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร ธาตุ Si และธาตุ Ge ท่ีบริสุทธ์ิ จะจบั ตวั กนั ในรูปของผลึก ภายในแตล่ ะอะตอมของธาตุ Si และธาตุ Ge จะจบั ตวั กนั แบบแลกเปลี่ยนอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดซ่ึงกนั และกนั เรียกการจบั ตวั แบบน้ี วา่ โควาเลนซ์ บอนด์ (Covalence Bond) อิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมมี 4 ตวั ไปจบั ตวั กบั อิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของอะตอมขา้ งเคยี งทาใหท้ ุกอะตอมของธาตุ Si และธาตุ Ge มี อิเลก็ ตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตวั พอดี ลกั ษณะการจบั ตวั แบบน้ีมีโครงสร้างเป็นแบบตาราง หรือแลต ไทซ์ สตรักเจอร์ (Lattice Structure) ผลการจบั ตวั กนั ดงั กลา่ ว ทาใหไ้ ดผ้ ลึก Si และธาตุ Ge บริสุทธ์ิ ข้นึ มา แสดงดงั รูปที่ 1.4 รูปท่ี 1.4 โครงสร้างผลึกซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมบริสุทธ์ิ 1.3 สารกงึ่ ตัวนาผสม สารก่ึงตวั นาผสม หรือเอก็ ซ์ทรินซิก เซมิคอนดกั เตอร์ (Extrinsic Semiconductor) คือการเติม ธาตุเจือปนลงไปในธาตุ Si และธาตุ Ge ที่บริสุทธ์ิ ธาตุเจือปนท่ีใชใ้ นกรุ๊ปที่ 3 มีอิเลก็ ตรอนวงนอก สุด 3 ตวั หรือธาตุเจือปนในกรุ๊ปท่ี 5 มีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด 5 ตวั อยา่ งใดอยา่ งหน่ึงลงไป วิธีการ เติมธาตุเจือปน โดยทาการหลอมละลายธาตุ Si และธาตุ Ge ที่บริสุทธ์ิ และทาการเติมธาตุเจือปน ดงั กล่าวไปปล่อยใหเ้ ยน็ ลงในสุญญากาศ ก็จะไดส้ ารก่ึงตวั นาผสมข้นึ มา ถา้ เติมธาตุในกรุ๊ปที่ 3 ไดแ้ ก่ โบรอน (B) อินเดียม (In) แกลเลียม (Ga) หรืออะลูมิเนียม (Al) เพียงอยา่ งใดอยา่ งหน่ึง จะไดส้ ารก่ึงตวั นาผสมชนิด P (P-Type Semiconductor) ข้ึนมา ถา้ เติมธาตุในกรุ๊ปท่ี 5 ไดแ้ ก่ ฟอสฟอรัส (P) อาเซนนิก (As) หรือแอนทิโมนี (Sb) เพียงอยา่ ง ใดอยา่ งหน่ึงจะไดส้ ารก่ึงตวั นาผสมชนิด N (N-Type Semiconductor) ข้นึ มา

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร 1.4 สารกงึ่ ตวั นาชนิด N สารก่ึงตวั นาชนิด N เป็ นสารก่ึงตวั นาท่ีผลิตจากธาตุซิลิคอน (Si) หรือเจอร์เมเนียม (Ge) ท่ี บริสุทธ์ิ ผสมกบั ธาตใุ นกรุ๊ปที่ 5 ไดแ้ ก่ ฟอสฟอรัส (P) อาเซนนิก (As) หรือแอนทิโมนี (Sb) อยา่ งใด อยา่ งหน่ึงขณะหลอมละลาย และปล่อยใหเ้ ยน็ ตวั ลง จะไดผ้ ลึกข้นึ มา โดยอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของ แต่ละอะตอมมีการแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนซ่ึงกนั และกนั ในส่วนของอะตอม Si และ Ge สามารถ แลกเปล่ียนอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดไดค้ รบ 8 ตวั พอดี ส่วนอะตอมของธาตุเจือปน เมื่อแลกเปล่ียนกบั อะตอม Si และ Ge ที่อยู่ใกลเ้ คียงแลว้ จะเหลืออิเล็กตรอนอีก 1 ตวั ที่ไม่จบั กบั อะตอมขา้ งเคียง เพราะธาตุเจือปนมีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดถึง 5 ตวั เรียกอิเลก็ ตรอนตวั ท่ีเกินมาน้ีวา่ อิเลก็ ตรอนอิสระ (Free Electron) หรืออิเลก็ ตรอนส่วนเกิน (Excess Electron) แสดงดงั รูปท่ี 1.5 CSoire CSoire CSoire CSoire CAosre CSoire CSoire CSoire CSoire รูปที่ 1.5 การจบั ตวั กนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของ Si กบั As ในสารชนิด N จากรูปท่ี 1.5 แสดงการจบั ตวั กนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของ Si กบั As ในสารชนิด N อิเลก็ ตรอนอิสระท่ีเกิดข้ึนในท่ีน้ี คือ อิเล็กตรอนที่เหลือจากการจบั ตวั กนั ของอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ (-) อิเลก็ ตรอนอิสระน้ี สามารถหลุดเคลื่อนที่ไปยงั อะตอมอื่น ๆ ไดง้ ่ายเมื่อมี พลงั งานจากภายนอกมากระทาเพียงเล็กนอ้ ย อะตอมของธาตุเจือปนชนิดน้ีเรียกว่า อะตอมผูใ้ ห้ หรือ โดนเนอร์อะตอม (Donor Atom) ลกั ษณะการจบั ตวั กนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของธาตุ Si กบั ธาตุ As 1.5 สารกง่ึ ตวั นาชนดิ P สารก่ึงตวั นาชนิด P เป็ นสารก่ึงตวั นาท่ีผลิตจากธาตุซิลิคอน (Si) หรือเจอร์เมเนียม (Ge)ท่ี บริสุทธ์ิผสมกบั ธาตุในกรุ๊ปท่ี 3 ไดแ้ ก่ โบรอน (B) อินเดียม (In) แกลเลียม (Ga) หรืออะลูมิเนียม (Al) อยา่ งใดอยา่ งหน่ึงขณะหลอมละลาย และปลอ่ ยใหเ้ ยน็ ตวั ลงจะไดผ้ ลึกข้นึ มา โดยอิเลก็ ตรอนวง

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร นอกสุดของแต่ละอะตอม มีการแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนซ่ึงกันและกัน ในส่วนของอะตอม Si และ Ge สามารถแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนวงนอกสุดไดค้ รบ 8 ตวั พอดี ส่วนอะตอมของธาตุเจือปน เมื่อแลกเปล่ียนกบั อะตอม Si และ Ge ท่ีอยู่ใกลเ้ คียงแลว้ จะขาดอิเลก็ ตรอนไป 1 ตวั เพราะธาตุเจือ ปนมีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดเพยี ง 3 ตวั เรียกส่วนที่ขาดอิเลก็ ตรอนไปวา่ โฮล (Hole) แปลวา่ ช่องหรือ รู ลกั ษณะการจบั ตวั กนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของธาตุ Si และ Ge แสดงดงั รูปท่ี 1.6 CSoire CSoire CSoire CSoire CGoare CSoire CSoire CSoire CSoire รูปท่ี 1.6 การจบั ตวั กนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของ Si กบั As ในสารชนิด P จากรูปที่ 1.6 แสดงการจบั ตวั กนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดของ Si กบั As ในสารชนิด P ซ่ึง โฮลที่เกิดข้ึนในที่น้ีคือ ส่วนท่ีขาดอิเล็กตรอนไปตอ้ งการให้อิเล็กตรอนเขา้ มาแทนที่ จึงเสมือนว่า โฮลมีประจุไฟฟ้าเป็ นบวก (+) สามารถท่ีจะเคลื่อนที่ได้โดยว่ิงสวนทางกับอิเล็กตรอน ส่วนท่ี อิเลก็ ตรอนหลุดไปเกิดช่องวา่ งข้ึนมาเรียกวา่ โฮล อะตอมของธาตุเจือปนชนิดน้ีเรียกว่า อะตอมผูร้ ับ หรือแอก็ เซ็บเตอร์อะตอม (Acceptor Atoms) 1.6 คุณสมบตั ขิ องสารกง่ึ ตวั นาชนดิ N และชนดิ P สารก่ึงตวั นาชนิด N และชนิด P เป็นสารก่ึงตวั นาท่ีมีจานวนอิเลก็ ตรอนและโฮลแตกต่างกนั ภายในตวั สารก่ึงตวั นาชนิด P มีจานวนโฮลมากกว่าจานวนอิเลก็ ตรอนอิสระ ส่วนสารก่ึงตวั นา ชนิด N มีจานวนอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าจานวนโฮล ท้งั โฮลและอิเล็กตรอนอิสระเป็ นตวั นา ใหเ้ กิดกระแสไฟฟ้าไหล เรียกโฮลและอิเลก็ ตรอนอิสระน้ีวา่ พาหะ (Carrier) พาหะน้ีจะมีมากหรือ น้อยข้ึนอยู่กับชนิดของสารก่ึงตัวนา พาหะข้างมากมีช่ือเรียกว่าเมเจอริตี แคเรียร์ (Majority Carrier) พาหะขา้ งนอ้ ยมีช่ือเรียกวา่ มินอริตี แคเรียร์ (Minority Carrier) ลกั ษณะสารก่ึงตวั นาชนิด N และ P แสดงตามพาหะขา้ งมากและพาหะขา้ งนอ้ ย แสดงดงั รูปที่ 1.7

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร (ก) สารก่ึงตวั นาชนิด N (ข) สารก่ึงตวั นาชนิด P รูปท่ี 1.7 พาหะขา้ งมากและพาหะขา้ งนอ้ ยของสารก่ึงตวั นาชนิด N และชนิด P จากรูปที่ 1.7 แสดงพาหะขา้ งมากและพาหะขา้ งนอ้ ยของสารก่ึงตวั นาชนิด N และชนิด P รูปที่ 1.7 (ก) สารก่ึงตวั นาชนิด N และรูปที่ 1.7 (ข) สารก่ึงตวั นาชนิด P เพ่ือให้ง่ายในการทาความเขา้ ใจการทางาน จึงเขียนโครงสร้างของสารก่ึงตวั นาชนิด N และชนิด P ใหม่ ลกั ษณะโครงสร้างเขียนใหมแ่ สดงดงั รูปท่ี 1.8 1 (ก) โครงสร้างใหมข่ องสารก่ึงตวั นาชนิด N

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร 1 (ข) โครงสร้างใหม่ของสารก่ึงตวั นาชนิด P รูปท่ี 1.8 โครงสร้างใหมข่ องสารก่ึงตวั นาชนิด N และ P จากรูปที่ 1.8 แสดงโครงสร้างใหมข่ องสารก่ึงตวั นาชนิด N และชนิด P รูปท่ี 1.8 (ก) โครงสร้าง ใหม่ของสารก่ึงตวั นาชนิด N และ รูปที่ 1.8 (ข) โครงสร้างใหม่ของสารก่ึงตวั นาชนิด P โดยเขียน เฉพาะอะตอมของธาตเุ จือปนที่เติมลงไปรูปสารก่ึงตวั นาชนิด P มีโฮลมากกวา่ ปกติรูปสารก่ึงตวั นา ชนิด N มีอิเลก็ ตรอนอิสระมากกวา่ ปกติ

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร บทสรุป สารก่ึงตวั นา คอื ธาตุท่ีมีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด 4 ตวั พอดี มีคณุ สมบตั ิทางไฟฟ้าอยรู่ ะหวา่ ง ธาตุตวั นาและธาตุฉนวน ธาตุก่ึงตวั นาสามารถนามาใชใ้ นการผลิตอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาได้ ธาตุก่ึง ตัวนาท่ีนิยมใช้ในการผลิตอุปกรณ์สารก่ึงตัวนา ได้แก่ ธาตุซิลิคอน (Silicon ; Si) และธาตุ เจอร์เมเนียม (Germanium ; Ge) สารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ คือ สารหรือธาตุท่ีไม่ไดเ้ ติมสารเจือปน (Doping) ใด ๆ ลงไป เช่น ซิลิคอน (Silicon) และเจอร์เมเนียม (Germanium) ที่มีจานวนอิเล็กตรอน 14 ตัว และ 32 ตัว ตามลาดบั สารก่ึงตวั นาผสม หรือเอก็ ซ์ทรินซิก เซมิคอนดกั เตอร์ (Extrinsic Semiconductor) คอื การ เติมธาตุเจือปนลงไปในธาตุซิลิคอน และธาตุเจอร์เมเนียมที่บริสุทธ์ิ ธาตุเจือปนท่ีใชใ้ นกรุ๊ปท่ี 3 มี อิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตวั หรือธาตุเจือปนในกรุ๊ปที่ 5 มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตวั อย่างใดอยา่ ง หน่ึงลงไป สารก่ึงตวั นาชนิด N เป็นสารก่ึงตวั นาที่ผลิตจากธาตุซิลิคอน (Si) หรือเจอร์เมเนียม (Ge) ที่ บริสุทธ์ิ ผสมกบั ธาตใุ นกรุ๊ปที่ 5 ไดแ้ ก่ ฟอสฟอรัส (P) อาเซนนิก (As) หรือแอนทิโมนี (Sb) อยา่ งใด อยา่ งหน่ึงขณะหลอมละลาย และปลอ่ ยใหเ้ ยน็ ตวั ลง จะไดผ้ ลึกข้นึ มา สารก่ึงตวั นาชนิด P เป็ นสารก่ึงตวั นาท่ีผลิตจากธาตุซิลิคอน (Si) หรือเจอร์เมเนียม Ge) ที่ บริสุทธ์ิผสมกบั ธาตใุ นกรุ๊ปที่ 3ไดแ้ ก่ โบรอน (B) อินเดียม (In) แกลเลียม(Ga) หรืออะลูมิเนียม (Al) อยา่ งใดอยา่ งหน่ึงขณะหลอมละลาย และปล่อยใหเ้ ยน็ ตวั ลงจะไดผ้ ลึกข้นึ มา

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร แบบฝึ กหัด คาชี้แจง 1. แบบฝึกหดั หน่วยท่ี 1 สารก่ึงตวั นา มีท้งั หมด 3 ตอน คะแนนเตม็ 20 คะแนน ดงั น้ี 1.1 ตอนที่ 1 แบบฝึกหดั ชนิดเลือกตอบแบบเติมคา จานวน 10 ขอ้ ๆ ละ 1 คะแนน 1.2 ตอนท่ี 2 แบบฝึกหดั ชนิดเลือกตอบจานวน 5 ขอ้ ๆ ละ 1 คะแนน 1.3 ตอนท่ี 3 แบบฝึกหดั ชนิดตอบคาถาม จานวน 5 ขอ้ ๆ ละ 1 คะแนน 2. เวลาที่ใชใ้ นการทาแบบฝึกหดั ท้งั หมด จานวน 20 นาที .......................................... ตอนที่ 1 เลือกขอ้ ความเติมในช่องวา่ งให้ถกู ตอ้ ง คะแนนเตม็ 10 คะแนน 1. อิเลก็ ทรอนิกส์ถูกพฒั นาข้ึนอยา่ งรวดเร็ว จากอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์จาพวก……………..……… (หลอดสุญญากาศ , สารก่ึงตวั นา) มาเป็นอิเลก็ ทรอนิกส์จาพวก…………………………………. (หลอดสุญญากาศ , สารก่ึงตวั นา) 2. อุปกรณ์และวงจรถูกสร้างข้ึนบนฐานของสารก่ึงตวั นาเดียวกนั มีช่ือเรียกวา่ …………………….. ………………………………….. (อปุ กรณ์สารก่ึงตวั นารวม , อินติเกท เซอร์กิต) 3. สารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิแต่ละอะตอมมีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด………………… (4 ตวั พอดี , 4-7 ตวั ) 4. หน่ึงอะตอมของธาตุซิลิคอนมีจานวนโปรตอน ………..…ตวั (14 , 32) และมีจานวนอิเลก็ ตรอน ……………….. ตวั (14 , 32) 5. การจบั ตวั กนั ของสารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิ โดย………………………………................................. …………………………………. (อิเลก็ ตรอนวงนอกสุดถูกแลกเปลี่ยนกบั อะตอมขา้ งเคยี ง , อิเลก็ ตรอนทุกตวั แลกเปล่ียนกบั อะตอมขา้ งเคยี ง) 6. สารก่ึงตวั นาผสม คือ ………………………………………………… (การนาซิลิคอนผสมกบั ธาตุเจอร์เมเนียม , การนาธาตกุ ่ึงตวั นาบริสุทธ์ิผสมกบั ธาตใุ นกรุ๊ป 3 หรือ 5) 7. การสร้างสารก่ึงตวั นาชนิด P ตอ้ งเติมธาตุ ……………………………….. (อาเซนนิก , อินเดียม) ลงในสารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิ 8. การสร้างสารก่ึงตวั นาชนิด N ตอ้ งเติมธาตุ ……………………...……(ฟอสฟอรัส , อะลูมิเนียม) ลงในสารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิ 9. สารก่ึงตวั นาชนิด P อะตอมของธาตเุ จือปนชนิดน้ี เรียกวา่ …………………………………….. (อะตอมผใู้ ห้ , อะตอมผรู้ ับ)

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร 10. สารก่ึงตวั นาชนิด N โครงสร้างของสารจะมี ………………………………………………. (โฮล , อิเลก็ ตรอนอิสระ) มากกวา่ ปกติ ตอนท่ี 2 จงทาเครื่องหมาย () ลงหนา้ ขอ้ ท่ีถกู ท่ีสุดเพยี งขอ้ เดียว คะแนนเตม็ 5 คะแนน 1. ธาตทุ ี่จดั อยใู่ นพวกก่ึงตวั นา คอื ขอ้ ใด ก. ซิลิคอน ข. อาเซนนิก ค. อินเดียม ง. แกลเลียม 2. ธาตกุ ่ึงตวั นาท่ีบริสุทธ์ิอะตอมจะจบั ตวั กนั แบบใด ก. แลตไทซ์ สตรักเจอร์ ข. โควาเลนซ์ บอนด์ ค. แอก็ เซ็ปเตอร์ ง. โคนเนอร์ 3. อินทรินซิก เซมิคอนดกั เตอร์ คืออะไร ก. สารก่ึงตวั นาท่ีมีค่าความตา้ นทานต่า ข. สารก่ึงตวั นาที่นากระแสไดด้ ี ค. สารก่ึงตวั นาเจือปนสารอื่น ง. สารก่ึงตวั นาที่บริสุทธ์ิ 4. การผลิตสารก่ึงตวั นาชนิด P ตอ้ งเติมธาตเุ จือปนอะไร ก. โคบอลต์ ข. โปรมีน ค. อะลูมิเนียม ง. ฟอสฟอรัส 5. การผลิตสารก่ึงตวั นาชนิด N ตอ้ งเติมธาตเุ จือปนอะไร ก. โคบอลต์ ข. โปรมีน ค. อะลมู ิเนียม ง. ฟอสฟอรัส

อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร ตอนท่ี 3 จงอธิบายใหไ้ ดใ้ จความสมบรู ณ์ คะแนนเตม็ 5 คะแนน 1. โครงสร้างของสารก่ึงตวั นาเป็นอยา่ งไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. สารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิคืออะไร มีลกั ษณะการจบั ตวั กนั ของแต่ละอะตอมอยา่ งไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. สารก่ึงตวั นาชนิด P มีลกั ษณะโครงสร้างอยา่ งไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. สารก่ึงตวั นาชนิด N มีลกั ษณะโครงสร้างอยา่ งไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. คุณสมบตั ิของสารก่ึงตวั นาชนิด P และชนิด N เป็นอยา่ งไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………

อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร เอกสารอ้างองิ ชาญวทิ ย์ หาญรินทร์. วงจรอเิ ลก็ ทรอนิกส์: สานกั พมิ พศ์ นู ยส์ ่งเสริมอาชีวะ, กรุงเทพฯ. พนั ธ์ศกั ด์ิ พุฒิมานิตพงศ.์ งานไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์เบื้องต้น : สานกั พิมพศ์ ูนยส์ ่งเสริมวชิ าการ, กรุงเทพฯ. 2555. พนั ธศ์ กั ด์ิ พฒุ ิมานิตพงศ.์ วงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์: สานกั พมิ พศ์ นู ยส์ ่งเสริมวิชาการ, กรุงเทพฯ. 2549. พนั ธ์ศกั ด์ิ พุฒิมานิตพงศ.์ อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร: สานกั พิมพศ์ นู ยส์ ่งเสริมวิชาการ, กรุงเทพฯ.2557 พทุ ธารักษ์ แสงก่ิง. อุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์: สานกั พมิ พศ์ นู ยส์ ่งเสริมอาชีวะ, กรุงเทพฯ. ยนื ภวู่ รวรรณ. ทฤษฏแี ละการใช้งานอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ เล่ม 1: บริษทั ซีเอ็ดยเู คชน่ั , กรุงเทพฯ.2540. ไวพจน์ ศรีธญั . อุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร : สานกั พิมพว์ งั อกั ษร, กรุงเทพฯ.2552. สุจารี พงษก์ ลุ สิริ. วงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์: บริษทั ศูนยห์ นงั สือเมืองไทย จากดั , กรุงเทพฯ. 2553. อดุลย์ กลั ยาแกว้ . อปุ กรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร: สานกั พิมพศ์ นู ยส์ ่งเสริมอาชีวะ, กรุงเทพฯ. 2556. David A.Bell. Electronic Devices & Circuits :Virginia,Reston Publishing Compamy, Inc.,1980. Robert Boylestad. Electronic Devices And Circuit Theory . USA : Prentice – Hall Inc,1978.

อิเล็กทรอนิกส์ วิทยาลัยเทคนิคชุมพร