Chất Bán Dẫn Là Gì? Ứng Dụng Của Chất Bán Dẫn Trong Đời Sống

Thân chào các bạn, ở bài viết này ở mình chia sẻ đến các bạn một chủ đề khá thú vị đó chính là “chất bán dẫn”. Đây là một loại chất có tác động rất lớn đến đời sống của chúng ta trong thời buổi hiện đại ngày nay. Chúng được sử dụng trong các loại linh kiện hay thiết bị điện tử để tạo nên các vật dụng mà chúng ta sử dụng hằng ngày. Trong bài viết bao gồm chất bán dẫn là gì? Các đặc tính của chất bán dẫn? Phân loại chất bán dẫn như thế nào? Các ứng dụng thực tế và các thông tin chi tiết liên quan khác.

Đang xem: Chất bán dẫn là gì? ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống

Tóm Tắt Nội Dung

1 Chất bán dẫn là gì?1.2 Điều kiện nào làm thay đổi chất bán dẫn3 Tính chất của chất bán dẫn4 Chất bán dẫn tinh khiết là gì? Chất bán dẫn thuần là gì5 Vùng năng lượng trong chất bán dẫn là gì ?

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là vật liệu có độ dẫn giữa chất dẫn (nói chung là kim loại) và chất không dẫn hoặc chất cách điện (như hầu hết các loại gốm). Chất bán dẫn có thể là các nguyên tố tinh khiết, chẳng hạn như silicon hoặc gecmani hoặc các hợp chất như gallium arsenide hoặc cadmium selenide. Trong một quá trình gọi là doping, một lượng nhỏ tạp chất được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết gây ra những thay đổi lớn trong độ dẫn của vật liệu.

Chất bán dẫn là gì?

Do vai trò của chúng trong việc chế tạo các thiết bị điện tử, chất bán dẫn là một phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Hãy tưởng tượng cuộc sống mà không có thiết bị điện tử. Sẽ không có radio, không có TV, không có máy tính, không có trò chơi video và những thiết bị chẩn đoán y tế hiện đại. Mặc dù nhiều thiết bị điện tử có thể không phụ thuộc vào chất bán dẫn, nhưng sự phát triển trong công nghệ bán dẫn trong 50 năm qua đã làm cho các thiết bị điện tử nhỏ hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.

Chất bán dẫn tiếng anh là gì?

Trong tiếng Anh, chất bán dẫn được gọi là Semiconductor. Từ này chúng ta cũng thường hay bắt gặp trong các bản tin công nghệ tiếng Anh. Và ở Việt Nam có một số công ty chuyên về chất bán dẫn, ví dụ như ON Semiconductor…

Ở chất bán dẫn thuần, có số electron và số lỗ trống bằng nhau. Và độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.

Điều kiện nào làm thay đổi chất bán dẫn

Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau. Trường hợp hai chất bán dẫn khác nhau được gắn với nhau, nó tạo ra một lớp tiếp xúc.

Các tính chất của các hạt mang điện như electron, các ion và lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc này là cơ sở để tạo nên diot, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.

Bán dẫn chất lượng là gì?Bán dẫn chất lượng mang lại một loạt các tính chất hữu ích gì?Có thể điều chỉnh chiều và đường đi của dòng điện theo một hướng khác.Thay đổi điện trở nhờ ánh sáng hoặc nhiệt. Vì các thiết bị bán dẫn có thể thay đổi tính chất thông qua tạp chất hay ánh sáng hoặc nhiệt, nên chúng thường được dùng để mở rộng, đóng ngắt mạch điện hay chuyển đổi năng lượng.

Các chất bán dẫn nguyên tố bao gồm; antimon, asen, boron, carbo; germani, selen; silicon, lưu huỳnh và Tellurium. Silicon được biết đến nhiều nhất trong số này, tạo thành nền tảng của hầu hết các mạch tích hợp ( IC ).

Các hợp chất bán dẫn phổ biến bao gồm; arsenide gali, antimonide indium và các oxit của hầu hết các kim loại. Trong số này; gallium arsenide ( GaAs ) được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị khuếch đại tín hiệu; có độ nhiễu thấp, độ lợi cao, tín hiệu yếu.Nguyên tố silicon, germani và các hợp chất của gallium được sử dụng rộng rãi nhất làm chất bán dẫn trong các linh kiện điện tử.

Có các loại chất bán dẫn nào?

Như đã biết, tinh thể silic là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất được sử dụng trong vi điện tử và quang điện.

Nhưng vẫn tồn tại một số lượng lớn các loại chất bán dẫn , các nguyên tố và hợp chất có tính chất bán dẫn, chúng bao gồm:

Chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV, (C, Si, Ge, Sn)Chất bán dẫn hợp chất nhóm IVChất bán dẫn nguyên tố nhóm VI, (S, Se, Te)Chất bán dẫn nhóm III – V: Kết tinh với mức độ cân bằng hóa học cao, hầu hết có thể thu được ở cả loại n và loại p. Nhiều người có khả năng vận chuyển cao và khoảng cách năng lượng trực tiếp, làm cho chúng hữu ích cho quang điện tử.

Chất bán dẫn là gì?Chất bán dẫn II – VI: thường là loại p, ngoại trừ ZnTe và ZnO là loại nChất bán dẫn nhóm I – VIIChất bán dẫn IV – VIChất bán dẫn nhóm V – VIChất bán dẫn II – VChất bán dẫn nhóm I-III-VIÔxítMàng mỏng bán dẫnChất bán dẫn từChất bán dẫn hữu cơ làm bằng các hợp chất hữu cơTổ hợp chuyển phíMột số khác

Tính chất của chất bán dẫn

Một số tính chất đặc trưng của chất bán dẫn mà chúng ta có thể tìm hiểu thảo luận bên dưới đây.

Độ dẫn điện biến đổi

Chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên của chúng là chất dẫn kém vì dòng điện yêu cầu dòng chảy của các điện tử electron và chất bán dẫn có dải hóa trị được lấp đầy, ngăn chặn toàn bộ dòng chảy của các electron mới. Có một số kỹ thuật được phát triển cho phép các vật liệu bán dẫn hoạt động giống như vật liệu dẫn điện, chẳng hạn như doping hoặc gating. Những kỹ thuật này cho ra hai kết quả: loại N và loại P. Chúng đề cập đến sự thừa hoặc thiếu điện tử tương ứng. Một số lượng hạt điện tử không cân bằng sẽ khiến dòng điện chạy qua vật liệu.

Xem thêm: Lotto Là Gì – Hướng Dẫn Cách Chơi Xổ Số Lotto Tại W88

Linh kiện từ chất bán dẫn

Dị thể trong chất bán dẫn là gì

Các dị thể xảy ra khi hai vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau được nối với nhau. Ví dụ, một cấu hình có thể bao gồm Germanium pha tạp P và pha tạp N. Điều này dẫn đến sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa các vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau. Germanium pha tạp N sẽ có thừa electron và Germanium pha tạp P sẽ có quá nhiều lỗ trống. Sự chuyển đổi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng bởi một quá trình gọi là tái tổ hợp, khiến các electron di chuyển từ loại N tiếp xúc với các lỗ di chuyển từ loại P. Sản phẩm của quá trình này là các ion tích điện, là kết quả trong điện trường.

Electron kích thích

Sự khác biệt về điện thế trên vật liệu bán dẫn sẽ khiến nó rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt; và tạo ra tình trạng không cân bằng. Điều này mang các electron và lỗ trống cho hệ thống, tương tác thông qua một quá trình gọi là khuếch tán xung quanh. Bất cứ khi nào cân bằng nhiệt bị xáo trộn trong vật liệu bán dẫn; số lượng lỗ trống và điện tử sẽ thay đổi. Sự gián đoạn như vậy có thể xảy ra do sự chênh lệch nhiệt độ hoặc photon, có thể xâm nhập vào hệ thống và tạo ra các electron và lỗ trống. Quá trình tạo và hủy các electron và lỗ trống được gọi là quá trình tạo và tái hợp.

Phát xạ ánh sáng

Trong một số chất bán dẫn nhất định, các electron bị kích thích có thể hành động bằng cách phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt. Những chất bán dẫn này được sử dụng trong việc chế tạo các điốt phát sáng và các chấm lượng tử huỳnh quang.

Diode led

Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có tính dẫn nhiệt cao có thể được sử dụng để tản nhiệt và cải thiện quản lý nhiệt của thiết bị điện tử.

Chuyển đổi năng lượng nhiệt

Chất bán dẫn có các yếu tố năng lượng nhiệt điện lớn; làm cho chúng hữu ích trong các máy phát nhiệt điện; cũng như các số liệu nhiệt điện cao làm cho chúng hữu ích trong các bộ làm mát nhiệt điện.

Chất bán dẫn tinh khiết là gì? Chất bán dẫn thuần là gì

Chất bán dẫn tinh khiết hay chất bán dẫn thuần là chất bán dẫn chưa bị pha tạp, các chất bán dẫn tinh khiết tiêu biểu như Silicon hay Germanium. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh. Hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

Ở chất bán dẫn thuần, có số electron và số lỗ trống bằng nhau. Và độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.

Chất bán dẫn loại P

Chất bán dẫn loại P xảy ra khi tạp chất như boron chỉ có ba electron trong vỏ hóa trị. Khi một lượng nhỏ được tích hợp vào tinh thể, nguyên tử có thể liên kết với bốn nguyên tử silicon, nhưng vì nó chỉ có ba electron để cung cấp, nên một lỗ trống được tạo ra. Lỗ này hoạt động giống như một điện tích dương, vì vậy các chất bán dẫn pha tạp theo cách này được gọi là chất bán dẫn loại P.

Chất bán dẫn loại P

Giống như một điện tích dương, lỗ trống thu hút các điện tử. Nhưng khi một electron di chuyển vào một lỗ, electron sẽ để lại một lỗ mới ở vị trí trước đó. Do đó, trong chất bán dẫn loại P, các lỗ liên tục di chuyển xung quanh bên trong tinh thể khi các electron liên tục cố gắng lấp đầy chúng.

Khi điện áp được đặt vào một loại bán dẫn loại N hoặc loại P, dòng điện sẽ chảy như là nó chảy trong một dây dẫn thông thường: Phía âm của điện áp đẩy các electron và phía dương kéo chúng. Kết quả là sự chuyển động của electron và lỗ ngẫu nhiên mà luôn hiện diện trong chất bán dẫn trở nên có tổ chức theo một hướng, tạo ra dòng điện có thể đo được.

Chất bán dẫn loại N

Chất bán dẫn loại N: Được tạo ra khi tạp chất là một nguyên tố có năm electron trong lớp hóa trị của nó. Phốt pho thường được sử dụng cho mục đích này.

Chất bán dẫn loại N

Các nguyên tử phốt pho tham gia ngay vào cấu trúc tinh thể của silic. Mỗi nguyên tử liên kết với bốn nguyên tử silicon liền kề giống như một nguyên tử silicon muốn. Do nguyên tử phốt pho có năm electron trong vỏ hóa trị của nó; nhưng chỉ có bốn trong số chúng được liên kết với các nguyên tử lân cận. Nên electron hóa trị thứ năm bị bỏ lại không có gì để liên kết.

Xem thêm: Slack Là Gì? Hướng Dẫn Sử Dụng Slack Là Gì? Hướng Dẫn Cách Sử Dụng Slack

Các electron hóa trị đặc biệt trong các nguyên tử phốt pho; bắt đầu hoạt động giống như các electron hóa trị đơn trong một dây dẫn thông thường như đồng. Chúng được tự do di chuyển mọi nơi. Bởi vì loại chất bán dẫn này có thêm các electron, nên nó được gọi là chất bán dẫn loại N.

Vùng năng lượng trong chất bán dẫn là gì ?

Tính chất dẫn điện của các vật liệu rắn được giải thích nhờ lý thuyết vùng năng lượng. Như ta biết, điện tử tồn tại trong nguyên tử trên những mức năng lượng gián đoạn (các trạng thái dừng). Nhưng trong chất rắn, khi mà các nguyên tử kết hợp lại với nhau thành các khối, thì các mức năng lượng này bị phủ lên nhau, và trở thành các vùng năng lượng và sẽ có ba vùng chính, đó là: