Chẳng hạn chúng ta xét nguyên tố germanium (Ge) có hoá trị 4. Trong trạng thái tinh thể mỗi nguyên tử Ge liên kết với 4 nguyên tử Ge khác bao quanh nó bởi 4 cặp electron hoá trị. Sự liên kết đó được biểu diễn trên hình 5.1, mỗi cặp electron hoá trị được biểu diễn bằng hai đọan thẳng nối liền các nguyên tử.
Ở nhiệt độ bình thường, một số
electron trong tinh thể Ge có năng lượng chuyển động nhiệt khá lớn. Với năng lượng này các electron đó có thể tự phá vỡ liên kết, rời khỏi nguyên tử và trở thành các electron tự do.
Do electron mang điện âm (-e), nên chuyển động của electron rời khỏi vị trí liên kết tương đương với chuyển
động của một điện tích dương (+e) lấp vào vị trí liên kết đó. Vị trí liên kết mà electron vừa rời khỏi trở thành một “lỗ trống”. Như vậy, “lỗ trống” được xem tương đương như một điện tích dương. Ta nói nó là một hạt mang điện dương (+e).
Như vậy, trong mạng tinh thể có thể xuất hiện nhiều electron tự do và nhiều “lỗ trống”. Khi một “lỗ trống” xuất hiện, có thể nó lại bị một electron của nguyên tử Ge khác ở
gần đấy nhảy đến chiếm chỗ và quá trình này được tiếp diễn trong toàn mạng tinh thể Ge, ta nói các “lỗ trống” chuyển động trong mạng tinh thể. Ở điều kiện bình thường, các electron tự do và “lỗ trống” trong mạng tinh thể chuyển động hỗn loạn. Nhưng khi có điện trường, các electron sẽ chuyển động ngược chiều điện trường, còn các “lỗ trống” chuyển động cùng chiều với điện trường tạo thành dòng điện trong chất bán dẫn.
Rõ ràng, chất bán dẫn tinh khiết vừa dẫn điện bằng electron vừa dẫn điện bằng “lỗ trống”. Mặt khác, mỗi electron vừa rời khỏi vị trí liên kết với nguyên tử để trở thành electron tự do lại tạo ra một “lỗ trống”, nên trong bán dẫn tinh khiết mật độ electron tự do và mật độ lỗ trống bằng nhau. Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge As -e Ge Ge Ge Hình 5.2: Bán dẫn Ge pha tạp As Hình 5.1: Mạng tinh thể Ge