Điều gì là bán dẫn N Type?

N Type Semiconductor là gì?

Định nghĩa N Type Semiconductor

N type semiconductor được định nghĩa là loại bán dẫn đã được pha tạp với các chất tạp ngũ giá để tăng tính dẫn điện bằng cách thêm electron tự do.

Trước khi hiểu n type semiconductor là gì, chúng ta nên tập trung vào khoa học nguyên tử cơ bản. Các nguyên tử đều muốn có tám electron ở quỹ đạo ngoài cùng, được gọi là electron hóa trị. Không phải tất cả các nguyên tử đều đạt được điều này, nhưng tất cả đều cố gắng đạt đến cấu hình ổn định này.

Các electron ở quỹ đạo ngoài cùng của một nguyên tử được gọi là electron hóa trị. Nếu quỹ đạo ngoài cùng của một nguyên tử không có tám electron, thì sẽ có nhiều vị trí trống như số electron thiếu trong quỹ đạo. Những vị trí trống này luôn sẵn sàng nhận electron để hoàn thiện tám electron ở quỹ đạo ngoài cùng của nguyên tử.

Các bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là silic và germani. Silic có 14 electron sắp xếp theo thứ tự 2, 8, 4, trong khi germani có 32 electron sắp xếp theo thứ tự 2, 8, 18, 4. Cả hai bán dẫn đều có bốn electron ở quỹ đạo ngoài cùng, để lại bốn vị trí trống cho bốn electron khác.

Mỗi trong bốn electron hóa trị của silic hoặc germani tạo thành liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử lân cận, lấp đầy các vị trí trống. Lý tưởng nhất, tất cả các electron hóa trị trong tinh thể bán dẫn đều tham gia vào các liên kết cộng hóa trị, vì vậy không nên có electron tự do nào trong tinh thể.

Nhưng đó không phải là trường hợp thực tế. Tại 0o Kelvin tuyệt đối, sẽ không có electron tự do nào trong tinh thể, nhưng khi nhiệt độ tăng từ 0o Kelvin tuyệt đối lên nhiệt độ phòng, số lượng electron hóa trị trong các liên kết bị kích thích nhiệt và thoát ra khỏi liên kết, tạo ra một số lượng electron tự do trong tinh thể. Những electron tự do này gây ra sự dẫn điện của vật liệu bán dẫn ở bất kỳ nhiệt độ nào cao hơn 0o Kelvin tuyệt đối.

Có một phương pháp để tăng tính dẫn điện của bán dẫn ở bất kỳ nhiệt độ nào lớn hơn 0o Kelvin tuyệt đối. Phương pháp này được gọi là pha tạp. Trong phương pháp này, bán dẫn thuần túy hoặc nội tại được pha tạp với các chất tạp ngũ giá như antimon, arsênic và photpho. Các nguyên tử tạp chất thay thế một số nguyên tử bán dẫn trong tinh thể và chiếm vị trí của chúng. Do các nguyên tử tạp chất có năm electron hóa trị ở quỹ đạo ngoài cùng, bốn trong số chúng sẽ tạo ra liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử bán dẫn lân cận.

Một electron hóa trị của nguyên tử tạp chất không có cơ hội tham gia vào liên kết cộng hóa trị và trở nên gắn kết lỏng lẻo hơn với nguyên tử tạp chất cha. Tại nhiệt độ phòng, những electron hóa trị thứ năm này có thể thoát ra khỏi vị trí của nó do kích thích nhiệt.

Do hiện tượng này, sẽ có một số lượng đáng kể electron tự do, nhưng vẫn còn sự phá vỡ các liên kết cộng hóa trị trong tinh thể do kích thích nhiệt tại nhiệt độ phòng. Các electron tự do, cùng với các electron tự do được tạo ra do sự phá vỡ của liên kết cộng hóa trị giữa bán dẫn và bán dẫn, cũng như giữa bán dẫn và tạp chất, gây ra tổng số electron tự do trong tinh thể.

Tuy nhiên, mỗi khi một electron tự do được tạo ra trong quá trình phá vỡ liên kết cộng hóa trị giữa bán dẫn và bán dẫn, sẽ có một vị trí trống được tạo ra trong liên kết bị phá vỡ. Những vị trí trống này được gọi là hố. Mỗi hố được coi là tương đương dương của electron âm vì nó được tạo ra do thiếu một electron. Ở đây, electron là các hạt mang điện chính. Trong bán dẫn n type sẽ có cả electron tự do và hố.

Nhưng số lượng hố nhỏ hơn nhiều so với số lượng electron vì hố chỉ được tạo ra do sự phá vỡ liên kết cộng hóa trị giữa bán dẫn và bán dẫn, trong khi electron tự do được tạo ra cả do electron hóa trị thứ năm không liên kết lỏng lẻo của nguyên tử tạp chất và sự phá vỡ liên kết cộng hóa trị giữa bán dẫn và bán dẫn.

Do đó, số lượng electron tự do >> số lượng hố trong bán dẫn n type. Đó là lý do tại sao electron tự do được gọi là hạt mang điện đa số, và hố được gọi là hạt mang điện thiểu số trong bán dẫn n type. Do electron mang điện âm chủ yếu tham gia vào việc chuyển điện qua bán dẫn này, nó được gọi là bán dẫn loại âm hay n type. Mặc dù có rất nhiều electron tự do trong tinh thể, nhưng nó vẫn trung hòa điện vì tổng số proton và tổng số electron là bằng nhau.