3.1. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ BIẾN ĐỔI QUANG ĐIỆN
3.1.3. Vùng năng lượng
Trong chất bán dẫn (cũng như trong chất rắn nĩi chung), các mức năng lượng vẫn rời rạc nhưng chúng rất là gần nhau và được xem như một vùng năng lượng hơn là một nhĩm các mức năng lượng. Khái niệm này cĩ thể được minh hoạ trong hình 3.6 khi một khoảng liên tục của vùng năng lượng khi được phĩng to lên sẽ cho thấy nĩ được cấu tạo bởi các mức năng lượng rời rạc nhau [1].
Vùng hoá trị (Valence band) E
Dải cấm năng lượng
(Energy band gap)
Vùng dẫn (Conduction band)
Hình 3.6. Vùng năng lượng của chất bán dẫn [1]
Trong chất bán dẫn, các điện tử phân bố trong hai vùng năng lượng tách biệt nhau
được gọi là: vùng hĩa trị (valence band) và vùng dẫn (conduction band). Vùng hĩa trị là vùng
năng lượng cĩ năng lượng thấp và là vùng năng lượng bền vững của điện tử. Các điện tử luơn cĩ xu hướng chuyển về vùng hĩa trị sau một khoảng thời gian sống ở vùng dẫn. Vùng dẫn là vùng năng lượng cao hơn của các eletron. Sự dẫn điện của chất bán dẫn được thực hiện bởi các điện tử nằm ở vùng dẫn này.
Quá trình biến đổi quang điện xảy ra trong chất bán dẫn cũng được giải thích dựa trên ba hiện tượng: hấp thụ (absorption), phát xạ tự phát (spontaneous emission) và phát xạ kích thích (stimulated emission) như trong biểu đồ mức năng lượng. Nghĩa là, điều kiện để một điện tử cĩ thể chuyển từ trạng thái năng lượng thấp (vùng hĩa trị) sang trạng thái năng lượng
cao (vùng dẫn) là: năng lượng mà điện tử nhận được phải bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa hai vùng năng lượng hĩa trị và vùng dẫn. Nếu năng lượng được cung cấp khơng bằng với bất kỳ độ chênh lệch năng lượng nào giữa hai vùng năng lượng này thì quá trình hấp thụ cũng như phát xạ kích thích sẽ khơng xảy ra.