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

Chất bán dẫn đã có một ảnh hưởng tác động lớn đến xã hội của tất cả chúng ta. Bạn sẽ tìm thấy chất bán dẫn ở rất nhiều thiết bị điện tử xung quanh tất cả chúng ta như : điện thoại cảm ứng, tivi, máy tính, … Bất cứ điều gì được kỹ thuật số hóa hoặc sử dụng sóng radio đều nhờ vào vào chất bán dẫn .Ngày nay, hầu hết những chip bán dẫn và bóng bán dẫn được tạo ra bằng silicon. Bạn hoàn toàn có thể đã nghe thấy những thông tin như “ Thung lũng Silicon ” và “ nền kinh tế tài chính silicon ” và đó là nguyên do – silicon là trái tim của bất kể thiết bị điện tử nào .

Chất bán dẫn là gì

Chất bán dẫn là vật tư có độ dẫn giữa chất dẫn ( nói chung là sắt kẽm kim loại ) và chất không dẫn hoặc chất cách điện ( như hầu hết những loại gốm ). Chất bán dẫn hoàn toàn có thể là những nguyên tố tinh khiết, ví dụ điển hình như silicon hoặc gecmani hoặc những hợp chất như gallium arsenide hoặc cadmium selenide. Trong một quy trình gọi là doping, một lượng nhỏ tạp chất được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết gây ra những biến hóa lớn trong độ dẫn của vật tư .

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 tất cả chúng ta cũng thường hay phát hiện trong những bản tin công nghệ tiên tiến tiếng Anh. Và ở Nước Ta có 1 số ít công ty chuyên về chất bán dẫn, ví dụ như ON Semiconductor …

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, những chất bán dẫn tinh khiết tiêu biểu vượt trội 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 hoàn toàn có thể link với bốn nguyên tử silicon, nhưng vì nó chỉ có ba electron để cung ứng, nên một lỗ trống được tạo ra. Lỗ này hoạt động giải trí giống như một điện tích dương, vì thế những chất bán dẫn pha tạp theo cách này được gọi là chất bán dẫn loại P. .

Giống như một điện tích dương, lỗ trống lôi cuốn những điện tử. Nhưng khi một electron vận động và 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., những lỗ liên tục chuyển dời xung quanh bên trong tinh thể khi những electron liên tục nỗ lực lấp đầy chúng .
Khi điện áp được đặt vào một loại bán dẫn loại N hoặc loại P., dòng điện sẽ chảy như thể nó chảy trong một dây dẫn thường thì : Phía âm của điện áp đẩy những electron và phía dương kéo chúng. Kết quả là sự hoạt động của electron và lỗ ngẫu nhiên mà luôn hiện hữu trong chất bán dẫn trở nên có tổ chức triển khai theo một hướng, tạo ra dòng điện hoàn toàn 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 tiêu này .

Các nguyên tử phốt pho tham gia ngay vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử link 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 link với những nguyên tử lân cận, nên electron hóa trị thứ năm bị bỏ lại không có gì để link .
Các electron hóa trị đặc biệt quan trọng trong những nguyên tử phốt pho khởi đầu hoạt động giải trí giống như những electron hóa trị đơn trong một dây dẫn thường thì như đồng. Chúng được tự do chuyển dời mọi nơi. Bởi vì loại chất bán dẫn này có thêm những electron, nên nó được gọi là chất bán dẫn loại N .

Tính chất của chất bán dẫn

Một số đặc thù đặc trưng của chất bán dẫn mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể khám phá tranh luận bên dưới đây .

Độ dẫn điện biến hóa

Chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên của chúng là chất dẫn kém vì dòng điện nhu yếu dòng chảy của những điện tử electron và chất bán dẫn có dải hóa trị được lấp đầy, ngăn ngừa hàng loạt dòng chảy của những electron mới. Có 1 số ít kỹ thuật được tăng trưởng được cho phép những vật tư bán dẫn hoạt động giải trí giống như vật tư dẫn điện, ví dụ điển hình như doping hoặc gating. Những kỹ thuật này cho ra hai hiệu 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 đối sẽ khiến dòng điện chạy qua vật tư .

Dị thể trong chất bán dẫn là gì

Các dị thể xảy ra khi hai vật tư bán dẫn pha tạp khác nhau được nối với nhau. Ví dụ, một thông số kỹ thuật hoàn toàn có thể gồm có Germanium pha tạp P và pha tạp N. Điều này dẫn đến sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa những vật tư 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 quy đổi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân đối bởi một quy trình gọi là tái tổng hợp, khiến những electron chuyển dời từ loại N tiếp xúc với những lỗ chuyển dời từ loại P. Sản phẩm của quy trình này là những ion tích điện, là hiệu quả trong điện trường .

Electron kích thích

Sự độc lạ về điện thế trên vật tư bán dẫn sẽ khiến nó rời khỏi trạng thái cân đối nhiệt và tạo ra thực trạng không cân đối. Điều này mang những electron và lỗ trống cho mạng lưới hệ thống, tương tác trải qua một quy trình gọi là khuếch tán xung quanh. Bất cứ khi nào cân đối nhiệt bị trộn lẫn trong vật tư bán dẫn, số lượng lỗ trống và điện tử sẽ biến hóa. Sự gián đoạn như vậy hoàn toàn có thể xảy ra do sự chênh lệch nhiệt độ hoặc photon, hoàn toàn có thể xâm nhập vào mạng lưới hệ thống và tạo ra những electron và lỗ trống. Quá trình tạo và hủy những electron và lỗ trống được gọi là quy trình tạo và tái hợp .

Phát xạ ánh sáng

Trong 1 số ít chất bán dẫn nhất định, những electron bị kích thích hoàn toàn có thể hành vi bằng cách phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt. Những chất bán dẫn này được sử dụng trong việc sản xuất những điốt phát sáng và những chấm lượng tử huỳnh quang .

Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có tính dẫn nhiệt cao hoàn toàn có thể được sử dụng để tản nhiệt và cải tổ quản trị nhiệt của thiết bị điện tử .

Chuyển đổi nguồn năng lượng nhiệt

Chất bán dẫn có những yếu tố nguồn năng lượng nhiệt điện lớn làm cho chúng hữu dụng trong những máy phát nhiệt điện, cũng như những số liệu nhiệt điện cao làm cho chúng hữu dụng trong những bộ làm mát nhiệt điện .

Có mấy loại chất bán dẫn

Như đã biết, tinh thể silic là vật tư bán dẫn thông dụng nhất được sử dụng trong vi điện tử và quang điện .
Nhưng vẫn sống sót một số lượng lớn những loại chất bán dẫn, những nguyên tố và hợp chất có đặc thù bán dẫn, chúng gồm có :

• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV, (C, Si, Ge, Sn)
• Chất bán dẫn hợp chất nhóm IV
• Chất 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 II – VI: thường là loại p, ngoại trừ ZnTe và ZnO là loại n
• Chất bán dẫn nhóm I – VII
• Chất bán dẫn IV – VI
• Chất bán dẫn nhóm V – VI
• Chất bán dẫn II – V
• Chất bán dẫn nhóm I-III-VI
• Ôxít
• Màng mỏng bán dẫn
• Chất bán dẫn từ
• Chất bán dẫn hữu cơ làm bằng các hợp chất hữu cơ
• Tổ hợp chuyển phí
• Một số khác

Vật liệu bán dẫn là gì

Vật liệu bán dẫn có giá trị độ dẫn điện nằm giữa một vật dẫn điện ( ví dụ điển hình như đồng ) và chất cách điện ( ví dụ như thủy tinh ). Sức đề kháng của nó giảm khi nhiệt độ của nó tăng lên ; sắt kẽm kim loại thì ngược lại. Tính chất dẫn điện của nó hoàn toàn có thể được đổi khác bằng cách đưa tạp chất ( “ pha tạp ” ) vào cấu trúc tinh thể. Do đặc thù điện của vật tư bán dẫn hoàn toàn có thể được sửa đổi bằng cách pha tạp ; hoặc bằng cách sử dụng điện trường hoặc ánh sáng. Các thiết bị làm từ chất bán dẫn hoàn toàn có thể được sử dụng để khuếch đại và quy đổi nguồn năng lượng .
Các vật tư bán dẫn được sử dụng trong những thiết bị điện tử được pha tạp trong những điều kiện kèm theo đúng chuẩn để trấn áp nồng độ và những vùng của những chất dẫn xuất loại P. và N. Một tinh thể bán dẫn đơn hoàn toàn có thể có nhiều vùng loại P. và N ; những nút tiếp xúc giữa những vùng này chịu nghĩa vụ và trách nhiệm cho ảnh hưởng tác động electron có ích .

Một số đặc thù của vật tư bán dẫn đã được nghiên cứu và điều tra trong suốt giữa thập kỷ 19 và thế kỷ 20. Ứng dụng thực tiễn tiên phong của chất bán dẫn trong điện tử là máy dò radio, diode bán dẫn đã được sử dụng trong những máy thu radio tiên phong. Sự tăng trưởng trong vật lý lượng tử lần lượt dẫn đến sự tăng trưởng của bóng bán dẫn vào năm 1947, mạch tích hợp vào năm 1958 và MOSFET ( bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit sắt kẽm kim loại ) vào năm 1959 .

Quá trình doping chất bán dẫn là gì ?

Độ dẫn của chất bán dẫn hoàn toàn có thể thuận tiện được sửa đổi bằng cách đưa tạp chất vào mạng tinh thể của chúng. Quá trình thêm tạp chất được trấn áp vào chất bán dẫn được gọi là doping. Lượng tạp chất được thêm vào một chất bán dẫn nguyên chất biến hóa để độ dẫn của nó .

Ví dụ: Bán dẫn tinh khiết Silicon có bốn electron hóa trị; liên kết từng nguyên tử silicon với xung quanh. Trong silicon, các chất dẫn xuất phổ biến nhất là các nguyên tố nhóm III và nhóm V.
Tất cả các nguyên tố nhóm III đều chứa ba electron hóa trị. Khiến chúng hoạt động như các chất nhận khi được sử dụng để khử silicon.
Khi một nguyên tử chấp nhận thay thế một nguyên tử silicon trong tinh thể. Một trạng thái trống (một “lỗ” điện tử) được tạo ra; có thể di chuyển xung quanh mạng và hoạt động như một hạt mang điện. Các nguyên tố nhóm V có năm electron hóa trị, cho phép chúng hoạt động như một chất cung cấp; thay thế các nguyên tử này cho silic tạo ra thêm một electron tự do.
Do đó, một tinh thể silicon pha tạp boron tạo ra chất bán dẫn loại P; trong khi người ta pha tạp photpho tạo ra vật liệu loại N.

Trong quy trình sản xuất, những chất dẫn xuất hoàn toàn có thể được khuếch tán vào thân chất bán dẫn. Bằng cách tiếp xúc với những hợp chất khí của nguyên tố mong ước ; hoặc cấy ion hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định đúng chuẩn những vùng pha tạp .

Ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống

Nói đến cụm từ chất bán dẫn chắc có lẽ rằng không nhiều người tưởng tượng ra được chúng là gì ? Và phần nhiều họ không biết rằng ; những thiết bị điện điện tử xung quanh đều có thành phần linh phụ kiện là chất bán dẫn. Vậy tất cả chúng ta hãy xem chất bán dẫn có trong những thiết bị nào xung quanh tất cả chúng ta nhé !
Chất bán dẫn trong đời sống tất cả chúng ta sống sót ở dạng linh phụ kiện hoàn hảo. Chúng mang trong mình những công dụng và trách nhiệm khác nhau. Chúng phối hợp với nhau, lắp ghép và link với nhau để tạo nên những bản mạch điện tử. Cho sinh ra những thiết bị ship hàng nhu yếu của con người ; như : Tivi phát hình ảnh và âm thanh để vui chơi ; tủ lạnh để giúp thực phẩm tươi sống giữ được lâu hơn ; những máy tính hay máy tính để giúp tất cả chúng ta học tập và thao tác ; chất bán dẫn sống sót trong những loại điện thoại thông minh giúp tất cả chúng ta liên lạc và vui chơi, …

Trong công nghiệp, chất bán dẫn giúp tạo nên những thiết bị điện như :

• Rơ le bán dẫn
• Linh kiện bán dẫn
• Bóng bán dẫn
• Diốt bán dẫn
• Các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức,…
• Các bộ chuyển đổi tín hiệu, CT dòng, PLC, biến tần,…

Bài viết đã mang đến cho các bạn thông tin chi tiết về chất bán dẫn là gì. Hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn đang nghiên cứu học tập về linh kiện bán dẫn.

Rất mong nhận được những góp ý và san sẻ của những bạn. Cảm ơn !

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử