©️ Chất bán dẫn là gì? Phân loại, tính chất, ứng dụng của chất bán dẫn https://dvn.com.vn

Chất bán dẫn là gì?, chất bán dẫn có mấy loại hay tính chất của chất bán dẫn… là những câu hỏi mà chúng tôi nhận được từ rất nhiều bạn đọc trong thời gian qua. Nếu bạn cũng có những thắc mắc này, hãy theo dõi bài viết dưới đây.

Chất bán dẫn là gì ?

Nhiều người thường vướng mắc “ chất bán dẫn là gì ”. Chất bán dẫn hay Chất bán dẫn là một chất có độ dẫn điện là trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện ( giống như hầu hết những đồ gốm sứ ) .
Chất bán dẫn được định nghĩa là những nguyên tố tinh khiết ( silic, gecmani ) hoặc hợp chất ( gali arsenua, cadimi selenua ) và chúng hoạt động giải trí như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ phòng .

Tính bán dẫn dễ bị thay đổi khi có tạp chất và sự biến đổi này sẽ phụ thuộc vào loại tạp chất được thêm vào. Khi hai chất bán dẫn khác nhau được kết nối, chúng tạo thành một lớp gọi là lớp tiếp giáp. Đặc tính của các hạt tải điện bao gồm electron, ion và lỗ trống electron ở chỗ tiếp giáp này sẽ là cơ sở để tạo ra điốt, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.

Các loại chất bán dẫn

Chất bán dẫn tinh khiết

Trước tiên, tất cả chúng ta cần hiểu khái niệm “ bán dẫn tinh khiết là gì ” ( hay bán dẫn tinh khiết là gì ). Chất bán dẫn tinh khiết hay bán dẫn tinh khiết là chất bán dẫn trọn vẹn không lẫn tạp chất, ví dụ nổi bật là Silicon hoặc Germanium. Chúng còn được gọi là chất bán dẫn là nguyên tố nhóm IV .
Mỗi nguyên tử của nguyên tố nhóm IV thường có 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, sau đó được link với những nguyên tử Si khác bằng link cộng hóa trị để tạo thành chất bán dẫn trung hòa về điện ở nhiệt độ thấp .
Điện trở suất của chất bán dẫn tinh khiết thường rất cao ở nhiệt độ thấp và giảm nhanh khi nhiệt độ tăng. Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết sẽ tỷ suất thuận với nhiệt độ, tức là cùng tăng hoặc giảm. Do đó, điện trở nhiệt của chất bán dẫn tinh khiết là âm .

Chất bán dẫn pha tạp chất

Có hai loại chất bán dẫn được pha tạp chất, đó là chất bán dẫn loại n và loại p :

• bán dẫn loại p

Chất bán dẫn loại p là gì ? Chất bán dẫn loại P hoặc chất bán dẫn dương có pha tạp chất là những nguyên tố nhóm III, được hình thành khi một tạp chất như boron chỉ có ba điện tử trong lớp vỏ hóa trị của nó .
Khi một lượng nhỏ của chất hóa trị ba được link với tinh thể, nguyên tử chất đó hoàn toàn có thể tích hợp với bốn nguyên tử silicon trong một link cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì nó chỉ chứa ba electron để Tặng Kèm, một lỗ trống sẽ được tạo ra. Lỗ trống này mang điện tích dương nên chất bán dẫn có pha tạp chất được gọi là chất bán dẫn loại p .

• n. loại bán dẫn

Chất bán dẫn loại n là gì ? Bán dẫn loại n là bán dẫn âm, có tạp chất là những nguyên tố nhóm V, xảy ra hiện tượng kỳ lạ tạp chất là nguyên tố có năm electron ở vỏ hóa trị .

Khi một lượng nhỏ chất có hóa trị V, chẳng hạn như phốt pho, được thêm vào cấu trúc tinh thể của silicon, mỗi nguyên tử thường sẽ liên kết với bốn nguyên tử silicon liền kề.

Vì phốt pho mang năm điện tử trong lớp vỏ hóa trị của nó, nên chỉ bốn trong số chúng sẽ được link cộng hóa trị với những nguyên tử silic lân cận. Một điện tử hóa trị còn lại không còn gì để link, trở thành một điện tử tự do. Chất bán dẫn được sản xuất theo cách này mang điện tích âm và được gọi là chất bán dẫn loại n .

Bản chất của chất bán dẫn là gì ?

Hiệu ứng trường ( bán dẫn )

• Khi kết hợp hai lớp pn với nhau, sự trao đổi điện tích sẽ xảy ra ở lớp tiếp xúc của hai lớp pn.
• Các electron từ lớp p sẽ di chuyển đến lớp vỏ thứ n và ngược lại, từ đó tạo thành các lỗ trống ở lớp thứ n và quá trình ngược lại sẽ xảy ra do sự trung hòa điện. Kết quả của quá trình là ion sẽ được tích điện, đồng thời điện trường sẽ được tạo ra.

không như nhau

Khi bất kể hai vật tư bán dẫn pha tạp chất nào link với nhau, sự trao đổi electron và lỗ trống xảy ra và một dị link được hình thành .

• Tại thời điểm này, chất bán dẫn pha tạp chất n có quá nhiều electron và chất bán dẫn pha tạp chất p có quá nhiều lỗ trống.
• Sự trao đổi electron và lỗ trống sẽ diễn ra luân phiên cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng, cả một quá trình được gọi là tái tổ hợp. Quá trình này sẽ đưa các electron chuyển từ loại n tiếp xúc với các lỗ trống chuyển từ loại p. Và cuối cùng, ion sẽ tích điện và tạo ra điện trường.

Các Electron bị kích thích

• Sự chênh lệch về thế năng sẽ làm mất cân bằng nhiệt và cung cấp điện tử, tạo lỗ trống cho hệ thông qua sự khuếch tán xung quanh.
• Khi cân bằng nhiệt bị xáo trộn trong vật liệu bán dẫn, số lượng lỗ trống và điện tử cũng sẽ bị ảnh hưởng. Gây ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ hoặc các photon có thể xâm nhập vào hệ thống, do đó tạo ra các điện tử và lỗ trống. Quá trình hình thành và tự hủy của electron và lỗ trống được gọi là quá trình tạo và tái tổ hợp.

Biến đổi độ dẫn điện

Ở trạng thái tự nhiên, chất bán dẫn được coi là chất dẫn điện kém. Chất bán dẫn thường có pha tạp loại n và p và sẽ hoạt động giải trí giống như một vật tư dẫn điện. Do thừa hoặc thiếu electron, lượng electron không được cân đối, được cho phép dòng điện chạy qua vật tư .

Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có tính dẫn nhiệt cao nên được dùng để tản nhiệt và cải tổ năng lực quản trị nhiệt của những thiết bị điện tử .

Phát xạ ánh sáng và quy đổi nguồn năng lượng

Với một số ít chất bán dẫn, khi những electron bị kích thích, nó sẽ phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt .
Chất bán dẫn phát sáng được sử dụng để sản xuất điốt phát quang hoặc chấm lượng tử huỳnh quang. Chất bán dẫn có thông số nhiệt điện lớn sẽ được dùng trong máy phát nhiệt điện .

Các ứng dụng của chất bán dẫn

• Là một trong những yếu tố quan trọng nhằm mục đích tạo ra các linh kiện hoàn chỉnh như diode, transistor, thẻ nhớ, SSD hay HDD…. Các thành phần này được kết hợp, lắp ráp và liên kết để tạo nên bảng mạch điện tử.
• Chất bán dẫn giúp tạo ra các thiết bị điện hữu ích như: rơ le bán dẫn, bộ chuyển đổi tín hiệu, linh kiện bán dẫn, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến báo mức, bóng bán dẫn, điốt bán dẫn, dòng CT hay biến tần…
• Chất bán dẫn được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử hiện đại như:

+ Cảm biến nhiệt độ của máy lạnh.

+ Bộ giải quyết và xử lý CPU .
+ Bộ chuyển đổi tín hiệu trên điện thoại thông minh, TV, v.v.

• Chất bán dẫn đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của máy ATM, mạng internet, thiết bị trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe hoặc một số phương tiện giao thông như tàu hỏa …

Ví dụ về một số chất bán dẫn

• Chất bán dẫn ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp điện tử, điển hình là silicon (Si). Vật liệu này góp phần xây dựng các mạch tích hợp quan trọng.
• Hợp kim gecmani và silicon (SiGe) được sử dụng trong các mạch tích hợp tốc độ cao cho radar và bộ khuếch đại của một số nhạc cụ điện như guitar điện.
• Một ví dụ khác về chất bán dẫn là Gallium arsenide (GaAs), được sử dụng trong các bộ khuếch đại tín hiệu, đặc biệt là các tín hiệu có độ lợi cao và nhiễu thấp.

Trên đây là tổng hợp hàng loạt kiến ​ ​ thức tương quan đến chất bán dẫn. Hi vọng qua đây sẽ giúp bạn đọc hiểu được chất bán dẫn là gì, những loại chất bán dẫn, đặc thù và ứng dụng của nó. Nhằm vận dụng nó một cách thuần thục vào thực tiễn việc làm .

Source: https://dvn.com.vn
Category: Điện Tử