Chất bán dẫn là gì? Ứng dụng của vật liệu bán dẫn | Khóa Hưng Thịnh
Chất bán dẫn là gì? Có ứng dụng như thế nào trong cuộc sống? Đã bao giờ các bạn thắc mắc và có ý định muốn khám phá, tìm hiểu chưa? Qua bài viết hôm nay, chúng tôi sẽ cung cấp các thông tin hữu ích, giúp các bạn giải đáp mọi khúc mắc xung quanh vấn đề này.
Mục Lục
Khái niệm về chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn là những chất có độ dẫn điện ở mức trung gian vừa dẫn điện và vừa cách điện. Chất bán dẫn được xem như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là “ bán dẫn ” vì ở một điều kiện kèm theo nào đó chất này sẽ dẫn điện, còn ở điều kiện kèm theo khác sẽ không dẫn điện .
Độ dẫn điện trong vật liệu bán dẫn
Các chất bán dẫn dẫn điện kém ở nhiệt độ bình thường. Khoa học kỹ thuật ngày nay đã có nhiều cải tiến khắc phục tình trạng này, để chúng tạo ra nhiều electron tự do, nhờ một số tạp chất hoặc hiệu ứng trường dành cho chất bán dẫn giúp dẫn điện tốt hơn.
Hiệu ứng trường
Khi tích hợp hai lớp p-n với nhau điều này dẫn đến việc trao đổi điện tích tại lớp tiếp xúc p-n. Các điện tử từ n sẽ chuyển sang lớp p và ngược lại những lỗ trống lớp p chuyển sang lớp n do quy trình trung hòa về điện. Một loại sản phẩm của quy trình này là làm ion tích điện, tạo ra một điện trường .
Vùng năng lượng
Tính chất dẫn điện của những vật tư rắn được lý giải nhờ triết lý vùng nguồn năng lượng. Như ta biết, điện tử sống sót trong nguyên tử trên những mức nguồn năng lượng gián đoạn ( những trạng thái dừng ). Nhưng trong chất rắn, khi mà những nguyên tử phối hợp lại với nhau thành những khối, thì những mức nguồn năng lượng này bị phủ lên nhau, và trở thành những vùng nguồn năng lượng và sẽ có ba vùng chính, đó là :
Vùng hóa trị (Valence band)
Là vùng có nguồn năng lượng thấp nhất theo thang nguồn năng lượng, là vùng mà điện tử bị link mạnh với nguyên tử và không linh động .
Vùng dẫn (Conduction band)
Vùng có mức nguồn năng lượng cao nhất, là vùng mà điện tử sẽ linh động ( như những điện tử tự do ) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất sẽ có năng lực dẫn điện khi có điện tử sống sót trên vùng dẫn. Tính dẫn điện tăng khi tỷ lệ điện tử trên vùng dẫn tăng .
Vùng cấm (Forbidden band)
Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức nguồn năng lượng nào do đó điện tử không hề sống sót trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, hoàn toàn có thể Open những mức nguồn năng lượng trong vùng cấm ( mức pha tạp ). Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay nguồn năng lượng vùng cấm ( Band Gap ). Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất hoàn toàn có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện .
Bản chất dòng diện trong vật liệu bán dẫn
Nếu ta tăng nhiệt độ tinh thể, nhiệt năng sẽ làm tăng nguồn năng lượng 1 số ít điện tử và làm gãy 1 số ít nối hóa trị. Các điện tử ở những nối bị gãy rời xa nhau và hoàn toàn có thể vận động và di chuyển thuận tiện trong mạng tinh thể dưới công dụng của điện trường. Tại những nối hóa trị bị gãy ta có những lỗ trống ( hole ). Về phương diện nguồn năng lượng, ta hoàn toàn có thể nói rằng nhiệt năng làm tăng nguồn năng lượng những điện tử trong dải hóa trị .
Khi nguồn năng lượng này lớn hơn nguồn năng lượng của dải cấm ( 0,7 eV so với Ge và 1,12 eV so với Si ), điện tử hoàn toàn có thể vượt dải cấm vào dải dẫn điện và chừa lại những lỗ trống ( trạng thái nguồn năng lượng trống ) trong dải hóa trị. Ta nhận thấy số điện tử trong dải dẫn điện bằng số lỗ trống trong dải hóa trị .
Nếu ta gọi n là tỷ lệ điện tử có nguồn năng lượng trong dải dẫn điện và p là tỷ lệ lỗ trống có nguồn năng lượng trong dải hóa trị. Ta có : n = p = ni
Ta gọi chất bán dẫn có đặc thù n = p là chất bán dẫn nội bẩm hay chất bán dẫn thuần. Thông thường người ta gặp nhiều khó khăn vất vả để sản xuất chất bán dẫn loại này .
Bán dẫn pha tạp
Gồm có chất bán dẫn loại N ( bán dẫn âm ) và bán dẫn loại P. ( bán dẫn dương ) :
Chất bán dẫn loại N : Cho một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho ( P. ) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P. link với 4 nguyên tử Si theo link cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia link và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm ) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ) .
Chất bán dẫn loại P. : Cho một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium ( In ) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ link với 4 nguyên tử Si theo link cộng hoá trị và link bị thiếu một điện tử, trở thành lỗ trống ( mang điện dương ) và được gọi là chất bán dẫn P. .
Ứng dụng của chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn không phải là vật chất mà mọi người thường thấy trực tiếp bên ngoài. Nên khá khó hiểu và mường tượng ra được, tuy nhiên thực tế được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị hiện đại, như:
– Cảm biến nhiệt độ trong điều hòa, mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển nhiệt độ đúng mực trong nồi cơm điện có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi giải quyết và xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ những nguyên vật liệu chất bán dẫn …. Nhiều thiết bị mưu trí khác như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn. Hoặc trong hoạt động giải trí của cây ATM, xe lửa, internet, thiết bị truyền thông online … .
– Ngoài ra, tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng dính kẹp giữa hai miền n và n gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n được ứng dụng nhiều để lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử .
Qua một số thông tin mà chúng tôi chia sẻ ở trên, hy vọng sẽ giúp các bạn có những kiến thức cơ bản về chất bán dẫn là gì. Sự xuất hiện của chất bán dẫn đã mang lại nhiều lợi ích trong ứng dụng cuộc sống của con người, góp phần phát triển các thiết bị điện hiện đại. Để tìm hiểu thêm về chất bán dẫn cũng như ứng dụng của chất bán dẫn trong Khóa cửa điện tử các bạn hãy liên hệ với Khóa Hưng Thịnh để được tư vấn hoàn toàn miễn phí.
Source: https://dvn.com.vn
Category: Điện Tử
