Chất bán dẫn là gì? Ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống – Trung tâm Ngoại ngữ ILC – Blog Giáo dục

Chất bán dẫn là gì?

– Chất bán dẫn hay Semiconductor là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện ( nói chung là sắt kẽm kim loại ) và chất cách điện ( như hầu hết những loại gốm ) .

Bạn Đang Xem: Chất bán dẫn là gì? Ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống

Bạn đang đọc: Chất bán dẫn là gì? Ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống – Trung tâm Ngoại ngữ ILC – Blog Giáo dục

– Chất bán dẫn hoàn toàn có thể là những nguyên tố tinh khiết ( silicon, germanium ) hoặc những hợp chất ( gallium arsenide, cadmium selenide ) và chúng hoạt động giải trí như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ phòng .– Tính bán dẫn hoàn toàn có thể đổi khác khi có tạp chất và nó phụ thuộc vào vào loại tạp chất thêm vào .
– Khi 2 chất bán dẫn khác nhau được gắn với nhau sẽ hình thành nên một lớp tiếp xúc. Các đặc thù của những hạt mang điện như electron, ion và lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc này chính là cơ sở để tạo ra diot, bóng bán dẫn và những thiết bị điện tử tân tiến ngày này .

Phân loại chất bán dẫn

1. Chất bán dẫn tinh khiết

– Chất bán dẫn tinh khiết ( chất bán dẫn thuần ) là chất bán dẫn không có tạp chất, nổi bật là Silicon hay Germanium. Chúng còn được gọi là chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV .
– Mỗi nguyên tử của nguyên tố nhóm IV có 4 electron ở lớp ngoài cùng link những nguyên tử Si khác bằng link cộng hóa trị tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện ở điều kiện kèm theo nhiệt độ thấp .
– Điện trở suất của chất bán dẫn thuần rất cao khi ở nhiệt độ thấp và giảm nhanh khi nhiệt độ tăng .
– Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết tỷ suất thuận với nhiệt độ, tức là cùng tăng hoặc cùng giảm .
– Hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn thuần có giá trị âm .

2. Chất bán dẫn pha tạp chất

2.1. Chất bán dẫn loại P

– Chất bán dẫn loại P. ( chất bán dẫn dương ) có tạp chất là những nguyên tố thuộc nhóm III, xảy ra khi tạp chất như boron chỉ có ba electron trong lớp vỏ hóa trị .
– Khi một lượng nhỏ được chất có hóa trị III được tích hợp vào tinh thể, nguyên tử chất đó hoàn toàn có thể link với bốn nguyên tử silicon theo link cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì nó chỉ có ba electron để phân phối nên một lỗ trống được tạo ra .
→ Lỗ này này mang điện tích dương nên chất bán dẫn pha tạp theo cách này được gọi là chất bán dẫn loại P. ( Positive : Dương ) .

2.2. Chất bán dẫn loại N

– Chất bán dẫn loại N ( chất bán dẫn âm ) có tạp chất là những nguyên tố thuộc nhóm V, xảy ra khi tạp chất là một nguyên tố có năm electron trong lớp vỏ hóa trị .
– Khi một lượng nhỏ chất có hóa trị V như photpho được thêm vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử sẽ link với bốn nguyên tử silicon liền kề. Vì photpho có năm electron trong vỏ hóa trị của nó nên chỉ sẽ có bốn trong số đó được link với những nguyên tử silic lân cận theo link cộng hóa trị còn electron hóa trị thứ năm bị bỏ lại không có gì để link, trở thành điện tử tự do .
→ Chất bán dẫn được tạo ra theo cách này mang điện tích âm và được gọi là chất bán dẫn loại N ( Negative : Âm ) .

Các thuộc tính đặc trưng của chất bán dẫn

1. Hiệu ứng trường (bán dẫn)

Xem Thêm : PCS là gì ?– Khi phối hợp hai lớp P. – N với nhau, trao đổi điện tích sẽ xảy ra tại lớp tiếp xúc P. – N .
– Các điện tử từ P. sẽ chuyển sang lớp N và ngược lại, khiến cho những lỗ trống lớp N chuyển sang lớp P. do quy trình trung hòa về điện .
→ Kết quả của quy trình này là ion sẽ tích điện và tạo ra một điện trường .

2. Dị thể

Khi hai vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau được nối với nhau, sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa những vật liệu này sẽ xảy ra và hình thành nên dị thể .
– Chất bán dẫn pha tạp N có thừa electron còn chất bán dẫn pha tạp P lại có quá nhiều lỗ trống .
– Sự trao đổi điện tử và lỗ trống sẽ xảy ra cho đến khi đạt trạng thái cân đối bởi một quy trình gọi là tái hợp, khiến những electron vận động và di chuyển từ loại N tiếp xúc với những lỗ vận động và di chuyển từ loại N .
→ Kết quả của quy trình này là ion sẽ tích điện và tạo ra một điện trường .

3. Electron kích thích

– Sự khác biệt về điện thế trên vật liệu bán dẫn sẽ khiến nó mất đi trạng thái cân bằng nhiệt và cung cấp các electron, lỗ trống cho hệ thống thông qua quá trình khuếch tán xung quanh.

Xem thêm: Tra cứu hóa đơn điện tử

– Khi sự cân đối nhiệt bị trộn lẫn trong vật liệu bán dẫn, lượng lỗ trống và electron sẽ đổi khác. Nguyên nhân là 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 hình thành và tự hủy electron và lỗ trống được gọi là thế hệ và tái tổng hợp .

4. Độ dẫn điện biến đổi

– Ở trạng thái tự nhiên, chất bán dẫn là chất dẫn điện kém .
– Chất bán dẫn có pha tạp chất loại N, P. hoàn toàn có thể hoạt động giải trí giống như vật liệu dẫn điện vì chúng bị thừa hoặc thiếu điện tử khiến lượng điện tử không cân đối và được cho phép dòng điện chạy qua vật liệu .

5. Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có tính dẫn nhiệt cao, thế cho nên chúng thường được dùng để tản nhiệt và cải tổ quản trị nhiệt cho thiết bị điện tử .

6. Phát xạ nhẹ

– Với 1 số ít chất bán dẫn nhất định, khi những electron bị kích thích, nó hoàn toàn có thể thư giãn giải trí bằng cách phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt .
– Chất bán dẫn có phát xạ nhẹ được ứng dụng để sản xuất những diode phát sáng và chấm lượng tử huỳnh quang .

7. Chuyển đổi năng lượng nhiệt

Chất bán dẫn có những yếu tố nguồn năng lượng nhiệt điện lớn được sử dụng trong những máy phát nhiệt điện .

Vùng năng lượng trong chất bán dẫn

Xem Thêm : Cách tạo hiệu ứng tuyết rơi trên PhotoshopTính chất dẫn điện của những vật liệu rắn được lý giải nhờ kim chỉ nan 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 năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng, là vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động.
• Vùng dẫn (Conduction band): Vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng mà điện tử sẽ linh động (như các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng dẫn. Tính dẫn điện tăng khi mật độ điện tử trên vùng dẫn tăng.
• Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức 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 năng lượng vùng cấm (Band Gap). Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện.

Như vậy, tính dẫn điện của những chất rắn và đặc thù của chất bán dẫn hoàn toàn có thể lý giải một cách đơn thuần nhờ kim chỉ nan vùng nguồn năng lượng như sau :

• Kim loại có vùng dẫn và vùng hóa trị phủ lên nhau (không có vùng cấm) do đó luôn luôn có điện tử trên vùng dẫn vì thế mà kim loại luôn luôn dẫn điện.
• Các chất bán dẫn có vùng cấm có một độ rộng xác định. Ở độ không tuyệt đối (0K), mức Fermi nằm giữa vùng cấm, có nghĩa là tất cả các điện tử tồn tại ở vùng hóa trị, do đó chất bán dẫn không dẫn điện. Khi tăng dần nhiệt độ, các điện tử sẽ nhận được năng lượng nhiệt nhưng năng lượng này chưa đủ để điện tử vượt qua vùng cấm nên điện tử vẫn ở vùng hóa trị. Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao, sẽ có một số điện tử nhận được năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm và nó sẽ nhảy lên vùng dẫn và chất rắn trở thành dẫn điện. Khi nhiệt độ càng tăng lên, mật độ điện tử trên vùng dẫn sẽ càng tăng lên, do đó, tính dẫn điện của chất bán dẫn tăng dần theo nhiệt độ (hay điện trở suất giảm dần theo nhiệt độ).

Bán dẫn pha tạp

Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống (viết tắt cho chữ tiếng Anh positive, nghĩa là dương). Khi đó, lỗ trống là hạt tải điện cơ bản (hay đa số), electron là hạt tải điện không cơ bản hay thiểu số).

Chất bán dẫn loại n ( bán dẫn âm – negative ) có tạp chất là những nguyên tố thuộc nhóm V, những nguyên tử này dùng 4 electron tạo link và một electron lớp ngoài link lỏng lẻo với nhân, đấy chính là những electron dẫn chính. Khi đó, electron là hạt tải điện cơ bản ( hay đa phần ), lỗ trống là hạt tải điện không cơ bản ( hay thiểu số ) .
Chất bán dẫn không suy biến là chất có nồng độ hạt dẫn không cao, chất bán dẫn có nồng độ tạp chất lớn hơn 1020 nguyên tử / cm³ được gọi là bán dẫn suy biến và có đặc thù giống như sắt kẽm kim loại vì thế nó dẫn điện tốt, nguồn năng lượng của hạt dẫn tự do trong chất bán dẫn suy biến không phụ thuộc vào vào nhiệt độ .
Có thể lý giải một cách đơn thuần về bán dẫn pha tạp nhờ vào triết lý vùng nguồn năng lượng như sau : Khi pha tạp, sẽ Open những mức pha tạp nằm trong vùng cấm, chính những mức này khiến cho electron thuận tiện chuyển lên vùng dẫn hoặc lỗ trống thuận tiện vận động và di chuyển xuống vùng hóa trị để tạo nên tính dẫn của vật liệu. Vì thế, chỉ cần pha tạp với hàm lượng rất nhỏ cũng làm biến hóa lớn đặc thù dẫn điện của chất bán dẫn .

Ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống

– Là một trong những tác nhân quan trọng để tạo ra những linh phụ kiện hoàn hảo như diode, transistor, những loại thẻ nhớ, SSD, HDD, …. Các linh phụ kiện này trải qua sự phối hợp, lắp ghép và link với nhau sẽ tạo nên những bản mạch điện tử .
– Chất bán dẫn giúp tạo nên những thiết bị điện như rơ le bán dẫn, linh phụ kiện bán dẫn, bóng bán dẫn, cảm ứng nhiệt độ, cảm ứng áp suất, cảm ứng đo mức, diot bán dẫn, bộ quy đổi tín hiệu, CT dòng, PLC, biến tần, …
– Chất bán dẫn có trong rất nhiều thiết bị điện tử thời nay, ví dụ như :
+ Cảm biến nhiệt độ của điều hòa không khí .
+ Bộ vi giải quyết và xử lý CPU của máy tính .
+ Bộ quy đổi tín hiệu trong những loại điện thoại cảm ứng, TV, …

– Chất bán dẫn có vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, internet, thiết bị trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, xe lửa,…..

Xem thêm: Phần mềm hóa đơn điện tử, hóa đơn điện tử xác thực – Nhân Hòa

Video về chất bán dẫn

https://youtube.com/watch?v=3GmbQ_-qbYU

Kết luận

Hy vọng qua những thông tin trên đã giúp những bạn hiểu được chất bán dẫn là gì ? Phân loại và những ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống. Cảm ơn những bạn đã theo dõi !

Nguồn: Trung tâm Ngoại ngữ ILC – Blog Giáo dục
Danh mục: Kiến thức

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