2.1. Dải năng lượng (Energy Bands)

Trong tinh thể, do sự tương tác giữa các nguyên tử ở gần nhau, các mức năng lượng của electron không còn là những đường rời rạc mà tập hợp lại thành các Dải năng lượng.

• Dải hóa trị (Valence Band - $E_V$): Dải năng lượng thấp nhất chứa các electron liên kết. Ở $0K$, dải này chứa đầy electron.

• Dải dẫn (Conduction Band - $E_C$): Dải năng lượng cao hơn dải hóa trị. Electron ở dải này là electron tự do, có khả năng tham gia vào quá trình dẫn điện.

• Vùng cấm (Bandgap - $E_g$): Khoảng cách năng lượng giữa đỉnh dải hóa trị và đáy dải dẫn ($E_g = E_C - E_V$). Electron không thể tồn tại trong vùng này.

  • Chất cách điện: $E_g$ rất lớn ($> 5eV$).

  • Chất dẫn điện: Dải dẫn và dải hóa trị chồng lấn nhau ($E_g = 0$).

  • Chất bán dẫn: $E_g$ nhỏ (Ví dụ: Si là $1.1eV$, Ge là $0.67eV$).

2.2. Sự dẫn điện trong chất bán dẫn

2.2.1. Sự dẫn điện trong chất bán dẫn thuần khiết (Intrinsic)

Bán dẫn thuần là chất bán dẫn cực kỳ tinh khiết (không có tạp chất).

• Cơ chế: Ở nhiệt độ phòng, một số electron ở dải hóa trị nhận được nhiệt năng đủ lớn để nhảy qua vùng cấm lên dải dẫn, để lại một vị trí trống ở dải hóa trị gọi là Lỗ trống.

• Mật độ hạt dẫn: Trong bán dẫn thuần, mật độ electron ($n$) luôn bằng mật độ lỗ trống ($p$).

  $$n = p = n_i$$

  (Trong đó $n_i$ là mật độ hạt dẫn nội tại, phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ).

• Dòng điện: Tổng dòng điện bằng dòng electron chuyển động ngược chiều điện trường và dòng lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

2.2.2. Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tạp (Extrinsic)

Để tăng độ dẫn điện, người ta pha thêm tạp chất vào bán dẫn thuần.

a. Bán dẫn loại n (Negative):

• Tạp chất: Pha nguyên tử nhóm V (như P, As, Sb) gọi là Donor (nguyên tử cho).

• Dải năng lượng: Xuất hiện mức năng lượng tạp chất $E_D$ nằm sát đáy dải dẫn $E_C$. Electron từ mức $E_D$ rất dễ nhảy lên dải dẫn.

• Mật độ: Electron là hạt dẫn đa số, lỗ trống là hạt dẫn thiểu số ($n \gg p$).

b. Bán dẫn loại p (Positive):

• Tạp chất: Pha nguyên tử nhóm III (như B, Al, Ga) gọi là Acceptor (nguyên tử nhận).

• Dải năng lượng: Xuất hiện mức năng lượng tạp chất $E_A$ nằm sát đỉnh dải hóa trị $E_V$. Electron từ dải hóa trị dễ dàng nhảy lên mức $E_A$, để lại lỗ trống trong dải hóa trị.

• Mật độ: Lỗ trống là hạt dẫn đa số, electron là hạt dẫn thiểu số ($p \gg n$).