Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là gì? Nếu không phải là một người rành công nghệ thì bạn khó có thể biết được chất bán dẫn là gì, để giải đáp được thắc mắc thì các bạn hãy tham khảo qua bài sau nhé.

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn có tên tiếng anh là semiconductor, đây là vật liệu có độ dẫn điện giữa chất dẫn điện và các chất cách điện. Ngoài ra còn được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất các linh kiện bán dẫn như diode, transistor, ic,…. Chúng hoạt động ở hai trạng thái: cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Hoạt động của chất bán dẫn sẽ thay đổi khi có tạp chất, tính bán dẫn sẽ thay đổi tùy vào các loại tạp chất khác nhau.

Ở phương diện hóa học thì chất bán dẫn có 4 lớp điện tử lớp ngoài cùng gồm Germanium và Silicium và chúng đều mang hóa trị 4. Các chất bán dẫn tinh khiết ban đầu sẽ được tạo ra hai loại bán dẫn là N và P. Khi ghép hai miếng bán dẫn này lại sẽ thu được diode và transistor.

1. Tính chất của chất bán dẫn

• Hoạt động giống chất cách điện ở nhiệt độ không tuyệt đối và dẫn điện khi nhiệt độ tăng.
• Có thể sửa đổi được chất bán dẫn bằng cách pha tạp. Từ đó có thể tạo ra được các thiết bị bán dẫn.
• Tổn thất điện năng ít không lãng phí như chất cách điện.
• Có kích thước và trọng lượng nhỏ.
• Điện trở suất được xếp theo thứ tự chất dẫn điện < chất bán dẫn < chất cách điện.
• Điện trở của chất bán dẫn sẽ giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại.

2. Thuộc tính của chất bán dẫn

Độ dẫn điện biến đổi: Khi chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên thì khả năng dẫn điện của chúng khá kém. Để khắc phục điều này các chất bán dẫn phải pha tạp chất các loại n và p. Dòng điện khi thừa hoặc thiếu sẽ làm cho lượng điện tử không cân bằng khiến dòng điện chạy qua vật liệu.

Phát xạ nhẹ: Ở trong chất bán dẫn, electron sẽ phát ra ánh sáng khi chúng bị kích thích. Do đó thuộc tính này hay được sử dụng chế tạo diode phát sáng,…

Chuyển đổi năng lượng nhiệt: Thuộc tính này được sử dụng trong các nhà máy phát điện,…

Electron kích thích: Khi điện thế thay đổi sẽ làm mất đi trạng thái cân bằng nhiệt, tạo ra các electron và lỗ trống cho hệ thống qua quá trình khuếch tán. Mỗi lần cân bằng nhiệt thay đổi sẽ dẫn đến số lượng electron và lỗ trống thay đổi theo.

Dị thể: Dị thể xảy ra ra trong trường hợp hai vật liệu bán dẫn pha tạp nối với nhau. Ta còn gọi điều này là sự trao đổi điện tử và lỗ trống. Sự trao đổi này chỉ dừng lại khi đạt được trạng thái cân bằng.

Độ dẫn nhiệt cao: Dùng để tán nhiệt và quản lý bộ phận quản lý nhiệt cho các thiết bị.

Hiệu ứng trường ( bán dẫn): Việc trao đổi điện tích tại lớp tiếp xúc p-n xảy ra khi ta kết hợp hai lớp này với nhau. Các điện tử và lỗ trống sẽ di chuyển bù khoảng trống cho nhau.

Các loại chất bán dẫn

Để phân biệt được các loại chất bán dẫn, ta chia chúng ra thành 2 loại: Chất bán dẫn tinh khiết và chất bán dẫn pha tạp chất.

Chất bán dẫn loại P

1. Chất bán dẫn tinh khiết

Chất bán dẫn tinh khiết là một dạng bán dẫn thuần không chứa bất kỳ một tạp chất. Ví dụ như: Silicon, Germanium. Loại chất bán dẫn này thuộc nguyên tố nhóm IV có 4 lớp electron bên ngoài, liên kết cùng các nguyên tử Si tạo thành chất bán dẫn trung hòa ở điều kiện nhiệt độ thấp. Đặc điểm của loại bán dẫn này là:

• Điện trở suất cao khi ở nhiệt độ thấp và giảm khi nhiệt độ tăng.
• Độ dẫn điện tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
• Hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

2. Chất bán dẫn pha tạp chất

Chất bán dẫn pha tạp chất được chia thành 2 loại là chất bán dẫn loại p và chất bán dẫn loại n.

Chất bán dẫn loại p: Loại chất bán dẫn này thành phần chính là lỗ, điện tử là thiểu số. Là chất bán dẫn dương dẫn điện chủ yếu bằng lỗ trống có tạp chất từ nhóm nguyên tố hóa trị III.

Chất bán dẫn loại n: Loại chất bán dẫn này đa số là điện tử và phần ít là lỗ trống. Ở trạng thái trung lập và có nhiều electron.  Đây là chất bán dẫn âm gồm các tạp chất thuộc nhóm hóa trị V có 5 lớp electron ở lớp vỏ.

Ứng dụng của chất bán dẫn

Tạo ra các linh kiện như: diode, transistor, thẻ nhớ, SSD, HDD,..

Tạo ra các thiết bị như: rơ le bán dẫn, bộ chuyển đổi tín hiệu, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức,…

Được dùng cho các thiết bị hiện đại: Cảm biến nhiệt độ cho máy điều hòa, bộ vi xử lý CPU, bộ chuyển đổi tín hiệu điện thoại, tivi,….

Chất bán dẫn còn đóng vai trò quan trong trong các hoạt động của ATM, internet, phương tiện giao thông,..