Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

So sánh điện trở suất của germani pha tạp gali ở các nồng độ khác nhau ở nhiệt độ phòng với điện trở suất của các kim loại.

Vậy ở nhiệt độ phòng, điện trở suất của germani tinh khiết > germani pha tạp gali với tỉ lệ 10-6 % > germani pha tạp gali với tỉ lệ 10-3 % > điện trở suất của kim loại.

• Tại lớp chuyển tiếp p-n, có sự khuếch tán êlectron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và khuếch tán lỗ trống từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n.

• Khi êlectron gặp lỗ trống, chúng liên kết và một cặp êlectron và lỗ trống biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p-n hình thành lớp nghèo(không có hạt tải điện).

• Khi đó, ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, còn về phía bán dẫn loại p có các axepto tích điện âm. Điện trở của các lớp nghèo rất lớn.

Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền n mỏng kẹp giữa hai miền p có thể gọi là tranzito p-n-p.

Điểm khác nhau chính giữa nguyên tử đôno và axepto đối với silic là:

• Nguyên tử đôno là các nguyên tử thuộc nhóm 5 trong bảng phân loại tuần hoàn như P, As,…Khi pha tạp chất và tinh thể silic, chúng chỉ dùng bốn điện tử hóa trị liên kết với bốn nguyên tử silic lân cận; Còn điện tử hóa trị thứ năm chuyển động khá tự do và dễ dàng trở thành điện tử dẫn.

=> Tạp chất đôno sinh ra êlectron dẫn mà không sinh ra lỗ trống.

• Nguyên tử axepto là các nguyên tử thuộc nhóm 3 trong bảng phân loại tuần hoàn như B, Al,….Khi pha tạp vào tinh thể silic , chúng chỉ có ba điện tử hóa trị liên kết với bốn nguyên tử silic lân cận; vì vậy, chúng phải lấy một nguyên tử của nguyên tử silic khác để tạo thành bốn liên kết và sinh ra một lỗ trống.

=> Tạp chất axepto sinh ra lỗ trống mà không sinh ra êlectron tự do.

Minh họa bằng hình 17.1

• Bán dẫn tinh khiết:

Ở nhiệt độ thấp, các êlectron liên kết tương đối yếu với các ion của nó. Khi tăng nhiệt độ, các êlectron có động năng đủ lớn bứt khỏi liên kết và tạo thành êlectron dẫn. Chừa lại một chỗ trống tương đương với hạt tải điện mang điện tích dương gọi là lỗ trống =>> Mật độ hạt tải điện là êlectron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết bằng nhau.

• Bán dẫn loại n:

Bán dẫn loại n được tạo thành do pha tạp các nguyên tố nhóm 5 vào bán dẫn tinh khiết. Ví dụ: trong tinh thể silic, tạp chất P, As, …Khi pha tạp vào tinh thể silic, chúng chỉ dùng bốn điện tử hóa trị liên kết với bốn nguyên tử silic lân cận; Còn điện tử hóa trị thứ năm chuyển động khá tự do và dễ dàng trở thành điện tử dẫn.

=> Tạp chât đôno sinh ra êlectron dẫn mà không sinh ra lỗ trống .

=> hạt tải điện cơ bản (đa số) là êlectron, hạt tải điện không cơ bản ( thiểu số) là lỗ trống . Mật độ hạt tải êlectron rất lớn, lớn hơn mật độ lỗ trống.

• Bán dẫn loại p:

Bán dẫn loại p được tạo thành do pha tạp các nguyên tố hóa trị 3 và bán dẫn tinh khiết. Ví dụ: Trong tinh thể silic tạp là B, Al,…Khi pha tạp vào tinh thể silic, chúng chỉ có ba điện tử hóa trị liên kết với bốn nguyên tử silic lân cận. Vì vậy, chúng phải lấy một điện tử của nguyên tử silic khác để tạo thành bốn liên kết và sinh ra một lỗ trống.

=> Tạp chất axepto sinh ra lỗ trống mà không sinh ra êlectron tự do.

=> hạt tải điện cơ bản(đa số) là lỗ trống, hạt tải điện không cơ bản (thiểu số) là êlectron. Mật độ hạt tải êlectron rất nhỏ, nhỏ hơn mật độ lỗ trống.