Chất bán dẫn là gì? Các thuộc tính cơ bản của chất bán dẫn?

Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng các bạn tìm hiểu về một nội dung rất thú vị, đó là “chất bán dẫn”, có thể nói đây là chất có tác động rất lớn đến đời sống. Trong thời hiện đại của chúng ta, loại chất bán dẫn này thường được sử dụng trong các linh kiện hoặc thiết bị điện tử để tạo ra những thứ chúng ta sử dụng hàng ngày.

Luật sưTư vấn pháp luật qua điện thoạiTrực tuyến miễn phí: 1900.6568

1. Chất bán dẫn là gì?

Chắc hẳn chúng ta đã nghe nhiều về chất bán dẫn nhưng chưa từng hiểu nó là gì, cụ thể chúng được hiểu là những nguyên tố tinh khiết như silic, gecmani hay những hợp chất cụ thể như gali arsenua, cadmium selenua, ở nhiệt độ thấp đóng vai trò là chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Do đó, độ dẫn điện có thể dễ dàng thay đổi khi có tạp chất và sự thay đổi này sẽ phụ thuộc vào loại tạp chất được thêm vào. Khi hai chất bán dẫn khác nhau được nối với nhau, chúng tạo thành một lớp gọi là lớp tiếp giáp. Đặc tính của các hạt mang điện (bao gồm electron, ion và lỗ trống electron) trong mối nối này sẽ tạo thành cơ sở của các điốt, bóng bán dẫn và thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.

Các thiết bị bán dẫn có nhiều đặc tính hữu ích, chẳng hạn như khả năng điều chỉnh hướng và đường đi của dòng điện theo các hướng khác nhau, thay đổi điện trở do ánh sáng hoặc nhiệt. Vì các thiết bị bán dẫn có thể thay đổi tính chất của chúng thông qua tạp chất hoặc ánh sáng hoặc nhiệt, chúng thường được sử dụng để mở rộng, chuyển mạch hoặc chuyển đổi năng lượng.

Quan điểm hiện đại cho rằng vật lý lượng tử giải thích các tính chất của chất bán dẫn theo chuyển động của các hạt tích điện trong cấu trúc tinh thể. Các tạp chất có thể làm thay đổi đáng kể tính chất này của chất bán dẫn. Nếu nó được pha tạp chất và tạo ra nhiều lỗ trống hơn trong chất bán dẫn thì nó được gọi là chất bán dẫn loại p và ngược lại, nếu nó tạo ra nhiều electron chuyển động tự do hơn trong chất bán dẫn thì nó được gọi là chất bán dẫn loại n. Bằng cách trộn đúng tỷ lệ tạp chất và kết hợp các chất bán dẫn p-n, có thể tạo ra các linh kiện điện tử hiệu suất cực cao.

Semiconductor tiếng Anh là ”semiconductor”

2. Tính chất cơ bản của chất bán dẫn:

Chất bán dẫn sẽ có các đặc tính sau:

+ Độ dẫn thay đổi

+ Không đồng nhất

+ điện tử bị kích thích

+Phát sáng

+ Độ dẫn nhiệt cao

+Chuyển đổi nhiệt năng

Xem Thêm : TOP 109+ hình ảnh hoa súng đẹp làm hình nền máy tính cực nét

+Hiệu ứng trường (bán dẫn)

Cụ thể hơn, các thuộc tính của nó như sau:

Hiệu ứng trường (Chất bán dẫn):

Khi kết hợp hai lớp p-n với nhau sẽ dẫn đến sự trao đổi điện tích tại tiếp giáp p-n. Electron từ lớp n sẽ di chuyển sang lớp p và ngược lại, lỗ trống từ lớp p sẽ di chuyển sang lớp n do hiện tượng trung hòa về điện. Một sản phẩm của quá trình này là tích điện cho các ion, từ đó tạo ra điện trường.

Biến thể:

Tính không đồng nhất 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 germani pha tạp p và pha tạp n. Điều này dẫn đến sự trao đổi electron và lỗ trống giữa các vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau. Gecmani pha tạp loại N sẽ có quá nhiều electron, trong khi gecmani pha tạp loại p sẽ có quá nhiều lỗ trống. Quá trình chuyển đổi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng thông qua một quá trình gọi là tái hợp, quá trình này di chuyển các electron từ loại n sang tiếp xúc với các lỗ di chuyển từ loại p. Một sản phẩm của quá trình này là các ion tích điện, gây ra hiệu ứng điện trường.

Kích thích điện tử:

Sự khác biệt tiềm năng trong vật liệu bán dẫn có thể khiến chúng rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt và tạo ra sự mất cân bằng. Điều này đưa các điện tử và lỗ trống vào hệ thống, nơi chúng tương tác thông qua một quá trình gọi là khuếch tán xung quanh. Bất cứ khi nào sự cân bằng nhiệt trong vật liệu bán dẫn bị xáo trộn, số lượng lỗ trống và số lượng electron sẽ thay đổi. Sự gián đoạn này có thể xảy ra do chênh lệch nhiệt độ hoặc photon, có thể xâm nhập vào hệ thống và tạo ra các electron và lỗ trống. Quá trình tạo ra và phá hủy các điện tử và lỗ trống được gọi là sự phát sinh và tái hợp.

Độ dẫn thay đổi:

Các chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên là chất dẫn điện kém vì dòng điện cần các electron chạy qua và dải hóa trị của chất bán dẫn được lấp đầy, ngăn cản dòng các electron mới. Nhiều kỹ thuật đã được phát triển để làm cho vật liệu bán dẫn hoạt động giống như vật liệu dẫn điện. Những sửa đổi này có hai hậu quả: loại n và loại p. Ngược lại, chúng đề cập đến quá nhiều hoặc không đủ điện tử. Số lượng electron không cân bằng gây ra dòng điện chạy qua vật liệu.

Độ dẫn nhiệt cao:

Các chất bán dẫn có độ dẫn nhiệt cao có thể được sử dụng để tản nhiệt và cải thiện khả năng quản lý nhiệt của các thiết bị điện tử.

Phát sáng:

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

Xem Thêm : Công thức, tính chất hoá học, phân loại và cách gọi tên oxit – tschem

Chuyển đổi năng lượng nhiệt:

Chất bán dẫn có hệ số năng lượng nhiệt điện lớn nên hữu ích trong các máy phát nhiệt điện và hệ số nhiệt điện cao nên hữu ích trong các bộ làm mát nhiệt điện.

p>

3. Các loại bán dẫn phổ biến:

3.1. Bán dẫn tinh khiết:

Đầu tiên chúng ta cần hiểu rõ khái niệm “bán dẫn tinh khiết là gì” (hay bán dẫn tinh khiết là gì). Chất bán dẫn tinh khiết hay còn gọi là chất bán dẫn tinh khiết là chất bán dẫn hoàn toàn không chứa tạp chất, ví dụ điển hình là silic hoặc gecmani. Chúng còn được gọi là chất bán dẫn và thuộc về các nguyên tố nhóm iv.

Mỗi nguyên tố nhóm iv thường có 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, các electron này sau đó được liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử si khác, tạo thành chất bán dẫn trung hòa về điện trong điều kiện nhiệt. mức năng lượng 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 lệ thuận với nhiệt độ, tức là tăng hoặc giảm cùng nhau. Do đó, nhiệt trở suất của chất bán dẫn tinh khiết là âm.

3.2. Bán dẫn pha tạp chất:

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

chất bán dẫn loại p

Chất bán dẫn loại p là gì? Chất bán dẫn loại P, hay chất bán dẫn dương có tạp chất, là các nguyên tố nhóm iii hình thành khi các tạp chất như bo chỉ có ba electron trong lớp vỏ hóa trị của chúng.

Khi một lượng nhỏ chất hóa trị ba được liên kết với tinh thể, các nguyên tử của chất đó có thể được liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử silicon. Tuy nhiên, vì nó chỉ chứa ba nhà tài trợ điện tử nên một lỗ trống được tạo ra. Lỗ trống này mang điện tích dương nên chất bán dẫn pha tạp chất được gọi là chất bán dẫn loại p.

chất bán dẫn loại n

Chất bán dẫn loại n là gì? Bán dẫn loại n là bán dẫn âm, còn tạp chất là đặc trưng của nguyên tố nhóm v, xuất hiện khi tạp chất là nguyên tố có 5 electron ở lớp vỏ hóa trị.

Khi một lượng nhỏ các loại hóa trị v, chẳng hạn như phốt pho, được thêm vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử thường liên kết với bốn nguyên tử silic lân cận.

Vì phốt pho mang năm electron trong lớp vỏ hóa trị của nó, nên chỉ có bốn electron sẽ được liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử silicon liền kề. Một electron hóa trị không có bất kỳ liên kết nào trở thành một electron tự do. Chất bán dẫn được chế tạo theo cách này có điện tích âm và được gọi là chất bán dẫn loại n.