CÁC HIEƠN TƯỢNG ĐIEƠN TỬ VAØ IOĐN §5.1.THUYÊT ELECTROĐN COƠ ĐIEƠN
§5.3 SỰ DĂN ĐIEƠN CỤA CHÂT BÁN DĂN
Theo thuyêt mieăn naíng lượng thì tính chât đieơn cụa vaơt raĩn khác nhau do hai nguyeđn nhađn:
- Thứ nhât: do chieău roơng cụa mieăn câm
- Thứ hai: do sự lâp đaăy các electrođn trong mieăn được phép khác nhau. Đieău kieơn đeơ moơt vaơt raĩn dăn đieơn là phại toăn tái các mức naíng lượng tự do đeơ cho các electrođn có theơ chuyeơn đoơng tự do giữa các mức đó.
- Trong kim lối: các electrođn hóa trị chưa chiêm hêt các mức naíng lượng
trong mieăn được phép, còn trông các mức naíng lượng cao hơn và mieăn được phép này trở thành “mieăn dăn”. Nghĩa là khi có đieơn trường tác dúng các electrođn deê dàng nhạy leđn các mức naíng lượng cao hơn, tức là chuyeơn đoơng định hướng, do đó kim lối là vaơt dăn đieơn.
- Trong đieơn mođi. (ví dú NaCl) ở 00K các mieăn naíng lượng được phép phía dưới (ứng với naíng lượng thâp) bị lâp đaăy hoàn toàn. Các mieăn phía tređn bỏ trông (mieăn tự do). Beă roơng mieăn câm khá lớn (tređn 3 eV). Do vaơy khi có đieơn trường, các electrođn chưa đụ naíng lượng đeơ
nhạy qua mieăn câm leđn mieăn tự do trở thành electrođn dăn. Kêt quạ khođng có sự dịch chuyeơn electrođn, và đieơn mođi là chât cách đieơn. Tuy nhieđn nêu đieơn trường đaịt vào đieơn mođi quá lớn, lúc đó electrođn có theơ đụ naíng lượng đeơ nhạy qua mieăn câm leđn mieăn tự do trở thành electrođn dăn, lúc đó ta nói đieơn mođi bị “đánh thụng”.
Mieăn dăn Mieăn câm Mieăn đaăy
§5.3. SỰ DĂN ĐIEƠN CỤA CHÂT BÁN DĂN DĂN
5.3.1. Chât bán dăn.
Giữa kim lối và đieơn mođi toăn tái moơt nhóm các nguyeđn tô có đieơn trở suât naỉm trong khoạng từ 10-5÷ 10-8 Ωm, gĩi là các chât bán dăn, đieơn hình là các nguyeđn tô Ge, Si, Te. Ở nhieơt đoơ thâp các chât bán dăn là khođng dăn đieơn. Ở nhieơt đoơ bình thường các chât bán dăn trở thành dăn đieơn, đaịc bieơt khi
bán dăn có lăn táp chât nhỏ thì tính chât đieơn cụa nó thay đoơi rât lớn. Tùy thuoơc vào lối táp chât mà có 2 lối bán dăn p và n.
5.3.2. Sự dăn đieơn cụa bán dăn tinh khiêt.
Theo thuyêt mieăn naíng lượng, beă roơng mieăn câm cụa các bán dăn khođng lớn laĩm. Ví dú, với Ge khoạng 0,72V, với Si khoạng 1,1V. Do vaơy, ở tráng thái bình thường các mức naíng lượng ở mieăn được phép đã bị lâp đaăy, nhưng moơt sô electrođn ở mức cao nhât cụa mieăn đaăy có theơ nhạy qua mieăn câm leđn mieăn dăn trở thành electrođn tự do. Tuy nhieđn khi electrođn nhạy leđn mieăn dăn nó đeơ lái moơt “loê trông”, dưới tác dúng cụa đieơn trường ngoài moơt electrođn ở mức dưới có theơ deê dàng nhạy leđn chiêm choê “loê trông” đó, và bạn thađn nó lái đeơ lái “loê trông”, moơt electrođn beđn dưới lái sẵn sàng nhạy leđn chiêm choê vị trí đó. Cứ như thê sự dịch chuyeơn cụa electrođn leđn phía tređn tương đương với sự dịch chuyeơn “loê trông” theo chieău ngược lái. Quá trình đó hình thành neđn sự dăn đieơn cụa bán dăn theo 2 cách:
- Dăn đieơn baỉng electrođn dăn tređn mieăn tự do (với các electrođn đã nhạy leđn mieăn dăn)
- Dăn đieơn baỉng “loê trông”trong mieăn đaăy (hình 5.4)
5.3.3. Bán dăn lối n và lối p.
Khi bị pha táp tính chât đieơn cụa bán dăn thay đoơi rât mánh, tùy thuoơc vào lối táp chât mà có hai lối bán dăn lối p và n.
a) Bán dăn lối n. Xạy ra khi pha moơt lượng nhỏ Asen (As) vào Gecmani
(Ge) tinh khiêt. Ge có 32 electrođn với 4 electrođn hóa trị. Trong máng tinh theơ moêi nguyeđn tử Ge dùng 4 electrođn hóa trị đeơ lieđn kêt với nhau táo thành từng caịp lieđn kêt đoăng hóa trị. Asen có 33 electrođn, trong đó có 5 electrođn hóa trị. Khi lĩt vào máng tinh theơ Ge nó góp 4 electrođn hóa trị vào lieđn kêt, còn lái electrođn thứ 5 sẽ thừa, do đó sẽ lieđn kêt rât yêu với hát nhađn và deê dàng bứt ra khỏi nguyeđn tử đeơ trở thành electrođn tự do, bán dăn có khạ naíng dăn đieơn.
Ge Ge As Ge Ge b) 0,015 eV Mieăn câm Mieăn đaăy Mieăn dăn Mieăn donor a)
Hình 5.5. Cơ chê dăn đieơn cụa bán dăn n
Theo thuyêt mieăn naíng lượng, khi pha As vào Ge trong sơ đoă naíng lượng xuât hieơn moơt mieăn naíng lượng hép naỉm gaăn sát dưới mieăn dăn cỡ 0,015eV. Mieăn này chứa đaăy các electrođn hóa trị cụa As. Các mức naíng lượng ở mieăn này gĩi là “mức cho” (donor). Ở nhieơt đoơ bình thường các electrođn ở mieăn này có theơ deê dàng nhạy leđn mieăn dăn đeơ trở thành tự do. Quá trình này khođng kèm theo vieơc xuât hieơn “loê trông” trong mieăn đaăy, neđn sự dăn đieơn cụa bán dăn chụ yêu là baỉng electrođn (hình 5.5). Vì các electrođn là các hát tích đieơn ađm neđn bán dăn lối này gĩi là bán dăn n (negative).