Electron và lỗ trống chuyển động trong vật liệu thế nào?

• Chiều điện trường
• Electron: đi ngược chiều điện trường
• Lỗ trống: đi cùng chiều điện trường

Bạn sẽ học được gì

• Giải thích electron chuyển động thế nào trong chất bán dẫn.
• Mô tả vì sao lỗ trống có vẻ như chuyển động dù là chỗ thiếu electron.
• Nói được điện trường làm hai loại hạt tải đi theo chiều nào.

Cần biết trước

Không cần kiến thức trước. Chỉ cần biết vật chất gồm các nguyên tử, và electron là hạt nhỏ mang điện tích âm.

Electron chuyển động thế nào trong chất bán dẫn?

Electron chỉ chuyển động tự do sau khi thoát khỏi liên kết giữa các nguyên tử. Theo trang về sự dẫn điện trong chất bán dẫn của PVEducation, các electron nằm trong liên kết cộng hóa trị bị giữ tại chỗ nên không tham gia dòng điện. Ở nhiệt độ cao hơn, electron quanh các nguyên tử có thể thoát khỏi liên kết và chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Ở nhiệt độ phòng, chất bán dẫn có đủ electron tự do để dẫn dòng điện.

• Nguyên tử trong mạng
• Liên kết giữa các nguyên tử
• Electron tự do
• Chỗ electron vừa rời đi

Electron tự do không đi thẳng một mạch. Trang về chuyển động của hạt tải mô tả mỗi hạt tải chuyển động theo hướng ngẫu nhiên với một vận tốc nhất định. Nó đi một quãng gọi là chiều dài tán xạ rồi va vào một nguyên tử trong mạng và đổi hướng.

Lỗ trống là gì và vì sao nó dịch chuyển?

Lỗ trống là chỗ trong tinh thể thiếu electron. Electronics Tutorials gọi đó là hạt tải mang điện tích dương, nằm ở nơi electron thực chất đang vắng mặt.

Chỗ vắng ấy hút một electron lân cận. Electron này nhảy vào lấp chỗ và để lại một lỗ trống khác phía sau nó. Kết quả, theo cùng nguồn, trông như các lỗ trống đang chuyển động như một điện tích dương qua cấu trúc tinh thể.

• Electron nhích vào chỗ trống
• Chỗ trống (lỗ trống) ở từng bước
• Electron đi sang phải
• Lỗ trống đi sang trái

Cả electron ở vùng dẫn lẫn lỗ trống ở vùng hóa trị đều được PVEducation coi là hạt tải tự do, vì chúng chuyển động được trong mạng tinh thể.

Điện trường thay đổi chuyển động ra sao?

Điện trường thêm một hướng đi chung vào chuyển động ngẫu nhiên. Theo trang về chuyển động cuốn theo điện trường của PVEducation, hạt tải vẫn chuyển động ngẫu nhiên nhưng cộng thêm một hướng đi chung. Electron đi theo hướng tổng thể ngược chiều điện trường. Lỗ trống đi theo hướng tổng thể cùng chiều điện trường.

Khi không có điện trường và các điều kiện đặc biệt khác, trang chuyển động của hạt tải nói rằng hạt tải không có chuyển động tổng thể theo hướng nào.

• Cân bằng: không có chuyển động tổng thể
• Có điện trường: trôi theo một hướng
• Điện trường

Điện trường không phải cách duy nhất. Trang về khuếch tán của PVEducation viết rằng do chuyển động ngẫu nhiên, hạt tải dịch chuyển từ nơi nồng độ cao sang nơi nồng độ thấp.

Ví dụ trong đời sống

Hãy hình dung một phép so sánh: một hàng ghế kín người, chỉ trống một ghế. Người ngồi cạnh nhích sang ghế trống, rồi người kế bên nhích sang chỗ vừa trống. Mỗi người chỉ đi một bước, nhưng ghế trống dạt dần về phía ngược lại. Đây chỉ là phép so sánh để hình dung, không mô tả đúng mọi chi tiết bên trong tinh thể.

Hiểu lầm thường gặp

Electron tự do chạy thẳng một mạch. Nó chuyển động theo hướng ngẫu nhiên, va vào nguyên tử trong mạng rồi đổi hướng.

Lỗ trống là một hạt bay đi. Lỗ trống là chỗ thiếu electron. Nó dịch chuyển vì electron lân cận nhảy vào lấp chỗ và để lại chỗ trống khác phía sau.

Electron và lỗ trống luôn đi cùng chiều. Khi có điện trường, electron đi ngược chiều điện trường còn lỗ trống đi cùng chiều.

Câu hỏi thường gặp

Lỗ trống trong chất bán dẫn là gì?

Là chỗ trong tinh thể thiếu electron, hoạt động như một hạt tải mang điện tích dương.

Vì sao lỗ trống có vẻ chuyển động?

Vì electron lân cận lấp chỗ trống và để lại một chỗ trống khác phía sau, nên chỗ trống dịch chuyển ngược hướng với electron.

Electron và lỗ trống đi theo chiều nào trong điện trường?

Electron đi ngược chiều điện trường. Lỗ trống đi cùng chiều điện trường.

Vì sao chất bán dẫn dẫn điện được ở nhiệt độ phòng?

Vì ở nhiệt độ phòng nó có đủ electron tự do để dẫn dòng điện.

Tóm tắt

• Electron chỉ chuyển động tự do sau khi thoát khỏi liên kết, và chuyển động theo hướng ngẫu nhiên.
• Lỗ trống là chỗ thiếu electron và dịch chuyển khi electron lân cận lấp chỗ.
• Điện trường tạo chuyển động trôi trung bình: electron ngược chiều điện trường, lỗ trống cùng chiều.