Chất bán dẫn – vùng năng lượng, pha tạp và lớp chuyển tiếp p–n

Theo lí thuyết vùng năng lượng, electron trong chất rắn chỉ có năng lượng trong các vùng cho phép. Ở vật dẫn như đồng, các vùng chồng lên nhau nên luôn có rất nhiều electron dẫn; ở chất bán dẫn như silic, vùng cấm hẹp (Eg = 1,12 eV) nên nhiệt đưa được một số electron lên vùng dẫn, để lại lỗ trống; ở chất cách điện như kim cương, vùng cấm rộng (5,5 eV) nên gần như không có electron dẫn. Pha phosphorus (tạp chất cho) tạo bán dẫn loại n, pha boron (tạp chất nhận) tạo bán dẫn loại p; tích n·p luôn bằng nᵢ². Ghép p với n, hạt tải điện khuếch tán và tái hợp tạo lớp nghèo với hàng rào thế khoảng 0,7 V. Màn Vùng năng lượng: kéo nhiệt độ từ 200 K tới 600 K, so sánh giản đồ vùng của ba loại chất và đồ thị điện dẫn suất theo nhiệt độ (thang logarit). Màn Pha tạp: chọn tạp chất và nồng độ, xem electron tự do và lỗ trống di chuyển trong mạng silic, mức tạp chất và mức Fermi trên giản đồ vùng, đồ thị mật độ n, p theo nhiệt độ; bấm Ghi số đo để lập bảng. Màn Lớp chuyển tiếp p–n: bấm Ghép p với n để xem lớp nghèo hình thành, đổi hiệu điện thế phân cực để thấy lớp nghèo rộng ra hay hẹp lại, đồ thị điện thế dọc lớp chuyển tiếp và đặc tuyến vôn – ampe của điôt. Mỗi màn có một nhiệm vụ tự kiểm tra. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao điện trở suất của silic giảm mạnh khi nóng lên còn của đồng lại tăng? – Vì sao trong bán dẫn loại n, tăng nồng độ phosphorus lại làm số lỗ trống giảm? – Vì sao phân cực ngược làm lớp nghèo rộng ra và gần như không có dòng điện?