Chương III: Chất bán dẫn là gì? Dòng điện trong chất bán dẫn
Chương III: Linh kiện bán dẫn, ứng dụng vật liệu bán dẫn
Chất bán dẫn là chất (hợp chất) có tính chất dẫn điện tốt ở nhiệt độ cao, dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp. Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trung gian giữa điện trở suất của kim loại (dẫn điện tốt) và điện trở suất suất của điện môi (chất cách điện).
Chương III: Chất bán dẫn là gì? Dòng điện trong chất bán dẫn
1/ Dòng điện trong chất bán dẫn:
Bán dẫn tinh khiết Si (silic). Mỗi nguyên tử Si có 4 electron ở lớp ngoài cùng liên kết các nguyên tử Si khác tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện ở điều kiện nhiệt độ thấp.
Mô hình liên kết của các nguyên tử Silic. Mỗi nguyên tử Si có 4 electron ngoài cùng tham gia vào liên kết với các nguyên tử Si ở bên cạnh. Ở điều kiện nhiệt độ thấp xung quanh mỗi nguyên tử Si ở lớp ngoài cùng có 8 electron => Si không dẫn điện vì không có hạt tải điện chuyển động cho dù được đặt trong điện trường.
Ở nhiệt độ cao, liên kết giữa các nguyên tử Si có thể bị phá vỡ vì chuyển động nhiệt, electron có thể tách khỏi liên kết để tạo thành electron tự do. Electron thoát khỏi liên kết “ra đi” để lại một khoảng trống trong liên kết giữa các phân tử Si (gọi tắt là lỗ trống)
Ở nhiệt độ cao, liên kết giữa các nguyên tử Si kém bền vững e có thể thoát ra tạo thành electron tự do đồng thời tạo ra lỗ trống.
electron chuyển động khiến lỗ trống cũng “chuyển động theo”
Nếu nhiều liên kết bị đứt gãy dưới nhiệt độ cao sẽ có nhiều electron tự do và lỗ trống được tạo ra. Trong quá trình chuyển động nhiệt hỗn loạn, các electron tự do có thể chuyển động đến vị trí của lỗ trống lấp đầy nó tạo ra liên kết mới khiến các lỗ trống mới được tạo ra ở các vị trí khác nhau trong liên kết của các nguyên tử Si, hay nói cách khác electron tự do chuyển động cũng làm cho các lỗ trống này chuyển động theo.
Để hiểu được sự chuyển động của lỗ trống bạn có thể hình dung, lớp học của bạn có 24 bàn, mỗi bàn có 2 chỗ (tương đương với 48 học sinh) giả sử lớp của bạn có 47 người => sẽ sinh ra một chỗ không có người ngồi (chỗ trống), giả sử chỗ trống đó ở bàn 1 cạnh cửa ra vào (tạm gọi là chỗ trống 1). Vào một ngày xấu trời, giáo viên chủ nhiệm chuyển một học sinh A từ bàn 5 cạnh cửa sổ đến ngồi vào chỗ trống 1 => chỗ trống 1 được lấp đầy, đồng thời vị trí cũ của bạn A bàn 5 cạnh cửa sổ trở nên bị trống => chỗ trống từ bàn 1 đã “chuyển động” đến vị trí bàn 5 thật là vi diệu ^^!
Khi một electron đến lấp đầy lỗ trống => liên kết mới được hình thành không tạo ra bất kỳ điện tích dư thừa nào giống như e + (-e) =0 => các nhà vật lý học coi lỗ trống có điện tích là q=-e=+1,6.10-19C có tính chất giống như một hạt mang điện dương.
Khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu chất bán dẫn các electron và lỗ trống sẽ chuyển động thành dòng ngược chiều nhau tạo ra dòng điện trong chất bán dẫn.
2/ Phân loại chất bán dẫn:
Để tăng cường khả năng dẫn điện của chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp, người ta tiến hành pha trộn bán dẫn tinh khiết với một nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn tạo ra hai loại bán dẫn chủ đạo dưới đây
a/ Chất bán dẫn loại n, tạp chất Đô-no:
Tạp chất Đô-no: là sự pha tạp giữa bán dẫn tinh khiết nhóm 4 (Si, Ge …) có 4 electron lớp ngoài cùng với một nguyên tố có 5 electron ở lớp ngoài cùng (ví dụ như Phốtpho). Khi đó trong tạp chất bán dẫn Đô-no sẽ có mật độ các electron nhiều hơn lỗ trống.
Chất bán dẫn loại n: là chất bán dẫn có hạt tải điện chủ yếu là electron.
b/ Chất bán dẫn loại p, tạp chất Axepto:
Tạp chất A-xép-to: là sự pha tạp giữa bán dẫn tinh khiết nhóm 4 (Si, Ge …) có 4 electron ở lớp ngoài cùng với nguyên tố có 3 electron ở lớp ngoài cùng (ví dụ như Bo). Khi đó trong tạp chất bán dẫn A-xép-to sẽ có mật độ lỗ trống nhiều hơn electron.
Chất bán dẫn loại p: là chất bán dẫn có hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống.