1.1. Ch t bán d n thu n khi t:ấ ẫ ầ ế
1.1.1. C u trúc vùng năng lấ ượng c a ch t r n tinh th :ủ ấ ắ ể
C u trúc năng lấ ượng c a m t nguyên t đ ng cô l p có d ng là cácủ ộ ử ứ ậ ạ m c r i r c. Khi đ a các nguyên t l i g n nhau, do tứ ờ ạ ư ử ạ ầ ương tác, các m c nàyứ b suy bi n thành nh ng d i g m nhi u m c sát nhau đị ế ữ ả ồ ề ứ ược g i là các vùngọ năng lượng. Đây là d ng c u trúc năng lạ ấ ượng đi n hình c a v t r n tinh th . ể ủ ậ ắ ể
Tùy theo tình tr ng các m c năng lạ ứ ượng trong m t vùng có b đi n tộ ị ệ ử chi m ch hay không, ngế ỗ ười ta phân bi t 3 lo i vùng năng lệ ạ ượng khác nhau.
Vùng hóa tr (hay còn g i là vùng đ y): Là vùng mà trong đó t t c cácị ọ ầ ấ ả m c năng lứ ượng đ u đã b chi m ch , không còn tr ng thái (m c) năng lề ị ế ỗ ạ ứ ượng t do. ự
Vùng d n (vùng tr ng): là vùng mà trong đó các m c năng lẫ ố ứ ượng đ uề còn b tr ng hay ch b chi m ch m t ph n. ỏ ố ỉ ị ế ỗ ộ ầ
Vùng c m: Là vùng mà trong đó không còn t n t i m t m c năngấ ồ ạ ộ ứ lượng nào đ đi n t có th chi m ch hay có th nói là xác su t tìm h t t iể ệ ử ể ế ỗ ể ấ ạ ạ
đây b ng 0. ằ
Tùy theo v trí tị ương đ i gi a 3 lo i vùng k trên và xét theo tính ch tổ ữ ạ ể ấ d n đi n c a mình, các ch t r n c u trúc tinh th đẫ ệ ủ ấ ắ ấ ể ược chia thành 3 lo i (xétạ
0K).
ở
Ch t cách đi n.ấ ệ
Ch t d n đi n.ấ ẫ ệ
Ch t bán d n đi n.ấ ẫ ệ
Hình 2.1 Phân lo i v t r n theo c u trúc vùng năng lạ ậ ắ ấ ượng
a) Ch t cách đi n Eg > 2eV ; b) Ch t bán d n đi n 0 < Eg ≤ấ ệ ấ ẫ ệ 2eV;
c) Ch t d n đi nấ ẫ ệ
Mu n t o dòng đi n trong v t r n c n hai quá trình đ ng th i: ố ạ ệ ậ ắ ầ ồ ờ
Quá trình t o ra h t d n t do nh đạ ạ ẫ ự ờ ược kích thích năng lượng.
Quá trình chuy n đ ng có hể ộ ướng c a các h t d n đi n này dủ ạ ẫ ệ ưới tác d ng c a năng lụ ủ ượng trường ngoài.
Dưới đây ta xét t i cách d n đi n c a ch t bán d n nguyên ch t (bánớ ẫ ệ ủ ấ ẫ ấ d n thu n) và ch t bán d n t p ch t mà đi m khác nhau ch y u liên quanẫ ầ ấ ẫ ạ ấ ể ủ ế t i quá trình sinh (t o ra) các h t d n t do trong m ng tinh th .ớ ạ ạ ẫ ự ạ ể
1.1.2. Ch t bán d n thu n:ấ ẫ ầ
Hai ch t bán d n thu n đi n hình là Gemanium (Ge) và Silicium (Si) cóấ ẫ ầ ể c u trúc vùng năng lấ ượng v i Eg = 0,72eV và Eg = 1,12eV, thu c nhóm b nớ ộ ố b ng tu n hoàn Mendeleep. ả ầ
Mô hình c u trúc m ng tinh th c a chúng có d ng là các liên k t ghépấ ạ ể ủ ạ ế đôi đi n t hóa tr vòng ngoài. 0K chúng là các ch t cách đi n. Khi đệ ử ị Ở ấ ệ ược m t ngu n năng lộ ồ ượng ngoài kích thích, s x y ra hi n tẽ ả ệ ượng ion hóa các nguyên t nút m ng và sinh t ng c p h t d n t do: đi n t b t kh i liên k tử ạ ừ ặ ạ ẫ ự ệ ử ứ ỏ ế ghép đôi tr thành h t t do và đ l i 1 liên k t b khuy t (l tr ng). ở ạ ự ể ạ ế ị ế ỗ ố
Trên đ th vùng năng lồ ị ượng, nó tương ng v i s chuy n đi n t tứ ớ ự ể ệ ử ừ m t m c năng lộ ứ ượng trong vùng hóa tr lên m t m c trong vùng d n đ l iị ộ ứ ẫ ể ạ m t m c t do (tr ng) trong vùng hóa tr . Các c p h t d n t do này dộ ứ ự ố ị ặ ạ ẫ ự ưới tác d ng c a m t năng lụ ủ ộ ượng trường ngoài chúng có kh năng d ch chuy n cóả ị ể hướng trong lòng tinh th t o nên dòng đi n trong.ể ạ ệ
Hình 2.2: (a) C u trúc m ng tinh th c a ch t bán d n thu n Si.ấ ạ ể ủ ấ ẫ ầ
(b) Đ th vùng năng lồ ị ượng v i c ch phát sinh t ng c p h t d n tớ ơ ế ừ ặ ạ ẫ ự do.
K t qu là:ế ả
1) Mu n t o h t d n t do trong ch t bán d n thu n c n có năng lố ạ ạ ẫ ự ấ ẫ ầ ầ ượng kích thích đ l n Eủ ớ kt ≥ Eg
2) Dòng đi n trong ch t bán d n thu n g m hai thành ph n tệ ấ ẫ ầ ồ ầ ương đương nhau do quá trình phát sinh t ng c p h t d n t o ra (nừ ặ ạ ẫ ạ i = pi).
1.2. Ch t bán d n t p:ấ ẫ ạ
1.2.1. Ch t bán d n t p lo i n:ấ ẫ ạ ạ
Pha m t lộ ượng nh ch t có hoá tr 5 nh Phospho (P) vào ch t bán d nỏ ấ ị ư ấ ẫ Si thì m t nguyên t P liên k t v i 4 nguyên t Si theo liên k t c ng hoá tr ,ộ ử ế ớ ử ế ộ ị nguyên t Phospho ch có 4 đi n t tham gia liên k t và còn d m t đi n t vàử ỉ ệ ử ế ư ộ ệ ử tr thành đi n t t do (mang đi n âm) => Ch t bán d n lúc này tr thànhở ệ ử ự ệ ấ ẫ ở th a đi n t và đừ ệ ử ược g i là bán d n N ( Negative : âm ). ọ ẫ
Hình 2.3: M ng tinh th c a ch t bán d n t p lo i N Siạ ể ủ ấ ẫ ạ ạ
V y, ch t bán d n t p lo i n là ch t bán d n có thành ph n d n đi nậ ấ ẫ ạ ạ ấ ẫ ầ ẫ ệ c b n thành ph n d n đi n đa s là các đi n t mang đi n tích âm, còn cácơ ả ầ ẫ ệ ố ệ ử ệ thành ph n d n đi n không c b n thành ph n d n đi n thi u s là các lầ ẫ ệ ơ ả ầ ẫ ệ ể ố ỗ tr ng mang đi n tích dố ệ ương.
1.2.2. Ch t bán d n t p lo i p:ấ ẫ ạ ạ
d n Si thì 1 nguyên t Indium s liên k t v i 4 nguyên t Si theo liên k tẫ ử ẽ ế ớ ử ế c ng hoá tr , liên k t này b thi u m t đi n t và tr thành l tr ng (mangộ ị ế ị ế ộ ệ ử ở ỗ ố đi n dệ ương) => Ch t bán d n lúc này tr thành th a l tr ng và đấ ẫ ở ừ ỗ ố ược g i làọ ch t bán d n P (Positive dấ ẫ ương).
Hình 2.4: M ng tinh th c a ch t bán d n t p lo i PSiạ ể ủ ấ ẫ ạ ạ
V y, ch t bán d n t p lo i p là ch t bán d n có thành ph n d n đi nậ ấ ẫ ạ ạ ấ ẫ ầ ẫ ệ c b n thành ph n d n đi n đa s là các l tr ng mang đi n tích dơ ả ầ ẫ ệ ố ỗ ố ệ ương, còn các thành ph n d n đi n không c b n thành ph n d n đi n thi u s là cácầ ẫ ệ ơ ả ầ ẫ ệ ể ố đi n t mang đi n tích âm.ệ ử ệ