Chất bỏn dẫn (Semiconductor)

1.1.1. Cấu trỳc vựng năng lượng của chất rắn tinh thể

Trong mạng tinh thể của chất rắn, tựy theo cỏc mức năng lượng mà cỏc điện tử cú thể chiếm chỗ hay khụng chiếm chỗ, người ta phõn biệt ba vựng năng lượng khỏc nhau:

Vựng húa trị (vựng đầy): Tất cả cỏc mức năng lượng đều đó bị điện tử chiếm chỗ, khụng cú mức năng lượng tự do.

Vựng dẫn (vựng trống): Cỏc mức năng lượng đều cũn trống hoặc cú thể bị chiếm chỗ một phần.

Vựng cấm: Trong đú khụng tồn tại mức năng lượng nào để điện tử cú thể chiếm chỗ hay xỏc suất tỡm hạt tại đõy bằng 0.

Tựy theo vị trớ tương đối giữa 3 vựng trờn, cỏc chất rắn được chia làm 3 loại (xột tại 0o

K).

Năng lượng vựng cấm: Eg Ec Ev

Trong đú Ec: Năng lượng đỏy vựng dẫn

Ev: Năng lượng đỉnh vựng húa trị

Để tạo dũng điện trong chất rắn cần phải thực hiện 2 quỏ trỡnh: quỏ trỡnh

tạo hạt dẫn tự do nhờ năng lượng kớch thớch và quỏ trỡnh chuyển động cú hướng

của cỏc hạt mang điện dưới tỏc dụng của điện trường.

Eg 2eV : Chất cỏch điện 0eV Eg2eV: Chất bỏn dẫn Eg0eV : Chất dẫn điện Vựng dẫn Vựng dẫn Vựng húa trị Vựng cấm Vựng dẫn Vựng húa trị Vựng cấm Vựng dẫn Ev Ec Eg Ev Ec Eg

Hỡnh 1. Phõn loại chất rắn theo cấu trỳc vựng năng lượng

Page 26

1.1.2. Chất bỏn dẫn thuần (intrinsic)

Hai chất bỏn dẫn thuần điển hỡnh là Ge và Si cú năng lượng vựng cấm: Eg(Ge)=0,72eV và Eg(Si)=1,12eV, thuộc nhúm IV trong hệ thống tuần hoàn. Trong mạng tinh thể, cỏc nguyờn tử Ge (Si) liờn kết với nhau theo kiểu cộng húa trị (cỏc nguyờn tử đưa ra cỏc electron húa trị liờn kết với cỏc nguyờn tử xung quanh). Chất bỏn dẫn thuần thực chất khụng phải là một chất cỏch điện tốt và cũng khụng phải là một chất dẫn điện tốt. Tại nhiệt độ phũng, độ dẫn điện của Si bằng khoảng 10-10

độ dẫn điện của một vật dẫn kim loại và bằng khoảng 1014 lần so với một chất cỏch điện tốt. Tuy nhiờn cú thể tăng độ dẫn điện của chất bỏn dẫn thuần bằng cỏch đốt núng hoặc chiếu sỏng tinh thể bỏn dẫn để tăng số lượng hạt dẫn. Khi được một nguồn năng lượng bờn ngoài kớch thớch, xảy ra hiện tượng ion húa cỏc nguyờn tử nỳt mạng và sinh ra từng cặp hạt dẫn tự do: điện tử và lỗ trống. Điều này tương đương với sự dịch chuyển của một điện tử từ 1 mức năng lượng trong vựng húa trị lờn 1 mức năng lượng trong vựng dẫn và đồng thời để