Tính chất và ứng dụng của chất bán dẫn… là những câu hỏi mà chúng tôi nhận được từ rất nhiều bạn đọc trong thời gian qua. Nếu bạn cũng đang có những thắc mắc này thì hãy theo dõi ngay bài viết dưới đây nhé.

Hiệu ứng trường (bán dẫn)

• Khi kết hợp hai lớp p – n lại với nhau, việc trao đổi điện tích sẽ xảy ra tại lớp tiếp xúc của hai lớp p – n.
• Các điện tử từ p sẽ di chuyển sang lớp n và ngược lại, từ đó tạo thành các lỗ trống lớp n và sẽ xảy ra quá trình ngược lại do quá trình trung hòa về điện. Kết quả của quá trình là ion sẽ tích điện, đồng thời tạo ra một điện trường.

Dị thể

Khi hai vật liệu bán dẫn bất kỳ pha tạp sẽ được nối với nhau, sự trao đổi điện tử và lỗ trống xảy ra và hình thành nên dị thể.

• Lúc này, 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 luân phiên xảy ra cho đến khi đạt trạng thái cân bằng, toàn bộ quá trình đó gọi là tái hợp. Qúa trình này sẽ khiến các electron di chuyển từ loại n tiếp xúc với các lỗ di chuyển từ loại p. Và cuối cùng, ion sẽ tích điện và tạo ra một điện trường.

Electron kích thích

• Sự khác biệt về điện thế sẽ khiến mất đi trạng thái cân bằng nhiệt và cung cấp các electron, tạo lỗ trống cho hệ thống thông qua quá trình khuếch tán xung quanh.
• Khi sự cân bằng nhiệt xảy ra xáo trộn trong vật liệu bán dẫn, lượng lỗ trống và electron cũng sẽ bị ảnh hưởng theo. Nguyên nhân do sự chênh lệch nhiệt độ hoặc photon có thể xâm nhập vào hệ thống, từ đó tạo ra các electron và lỗ trống. Quá trình hình thành, tự hủy electron và lỗ trống được gọi là thế hệ và tái tổ hợp.

Độ dẫn điện biến đổi

Ở trạng thái tự nhiên, chất bán dẫn được đánh giá là chất dẫn điện kém. Chất bán dẫn thường có pha tạp chất loại n, p và sẽ hoạt động giống như vật liệu dẫn điện. Do thừa hoặc thiếu điện tử, khiến lượng điện tử không cân bằng, cho phép dòng điện chạy qua vật liệu.

Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có tính dẫn nhiệt cao, vì vậy loại chất này được dùng để tản nhiệt và cải thiện quản lý nhiệt cho thiết bị điện tử.

Phát xạ nhẹ và chuyển đổi năng lượng

Với một số chất bán dẫn cụ thể, khi các electron bị kích thích, nó phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt.

Chất bán dẫn có phát xạ nhẹ ứng dụng để sản xuất các diode phát sáng hoặc chấm lượng tử huỳnh quang. Chất bán dẫn có yếu tố năng lượng nhiệt điện lớn sẽ được sử dụng trong các máy phát nhiệt điện.

Ứng dụng của chất bán dẫn

• Là một trong những nhân tố quan trọng nhằm mục đích tạo ra các linh kiện hoàn chỉnh như: diode, transistor, các loại thẻ nhớ, SSD hay HDD…. Các linh kiện này được phối hợp, lắp ghép và liên kết để tạo nên những bản mạch điện tử.
• Chất bán dẫn giúp tạo nên những thiết bị điện hữu ích như: rơ le bán dẫn, bộ chuyển đổi tín hiệu, linh kiện bán dẫn, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức, bóng bán dẫn, diot bán dẫn, CT dòng hay biến tần…
• Chất bán dẫn được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử hiện đại như:

+ Cảm biến nhiệt độ thuộc máy điều hòa không khí.

+ Bộ vi xử lý CPU.

+ Bộ chuyển đổi tín hiệu trên các loại điện thoại, TV,…

Chất bán dẫn đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, internet, thiết bị trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe hay một số phương tiện như: xe lửa…

Ví dụ về một số chất bán dẫn

• Chất bán dẫn ngày càng trở nên phổ biến nhất trong ngành công nghiệp điện tử, điển hình là silicon (Si). Vật liệu này góp phần làm ra các mạch tích hợp quan trọng.
• Hợp kim Germanium và silicon (SiGe) được ứng dụng trong các mạch tích hợp tốc độ cao cho radar, bộ khuếch đại của một số dụng cụ điện như guitar điện.
• Một ví dụ chất bán dẫn khác là Gallium arsenide (GaAs), dùng trong các bộ khuếch đại tín hiệu, cụ thể là các tín hiệu với mức tăng cao và độ ồn thấp.

Trên đây là những kiến thức liên quan đến chất bán dẫn. Hy vọng qua đây sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ được tính chất và ứng dụng của nó. Để từ đó vận dụng một cách khéo léo vào các công việc thực tế.

Chất bán dẫn được sử dụng rất nhiều trong các loại linh kiện và thiết bị điện tử. Với chức năng quan trọng của mình, chúng ngày càng được sử dụng thông dụng và được tìm đến rộng rãi. Hãy cùng Mecsu tìm hiểu rõ trong bài viết này, anh em sẽ hiểu rõ chất bán dẫn là gì và cách sử dụng, nào cùng bắt đầu nhé:

Chất bán dẫn là gì? Gồm bao nhiêu loại?

Chất bán dẫn là những chất mà mức độ dẫn điện của nó mạnh hơn chất cách điện nhưng lại yếu hơn chất dẫn điện. Nó chỉ dẫn điện trong một số điều kiện nhất định; và các tạp chất có thể thay đổi tính bán dẫn của chất bán dẫn.

Người ta phân loại chất dựa theo bảng nguyên tố hóa học, ví dụ: như Oxit, chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV, hợp chất nhóm IV,...

1 Chất bán dẫn P

Là chất có tạp chất là những nguyên tố nhóm III trên bảng tuần hoàn hóa học. Khi pha nguyên tố nhóm III vào chất bán dẫn, thì nó sẽ liên kết với 4 nguyên tử của chấ P do tính chất cộng hóa trị. Lúc này nguyên tố nhóm III sẽ dư 1 chỗ trống mang điện tích dương. Các lỗ trống hình thành nên khả năng dẫn điện của chất bán dẫn P.

2 Chất bán dẫn N

Là bán dẫn Có tạp chất là những nguyên tố thuộc nhóm V. Khi pha nguyên tố nhóm V vào chất bán dẫn N, thì nó sẽ liên kết với 4 nguyên tử của chất N và dư 1 điện tử. Điện tích này mang điện tích âm, hình thành nên khả năng dẫn điện của chất N.

Các thuộc tính cơ bản của chất bán dẫn?

1 Dị thể trong bán dẫn

Nối 2 vật liệu bán dẫn khác nhau với nhau sẽ tạo ra các dị thể. Ví dụ nối loại bán dẫn dư electron với loại bán dẫn dư các lỗ trống. Thì ở lớp tiếp xúc của 2 bán dẫn này, các electron mang điện tích âm sẽ di chuyển qua để lấp đầy các lỗ trống mang điện tích dương. Và chỉ dừng lại khi các lỗ trống được lấp đầy.

2 Độ dẫn nhiệt cao

Khả năng nhận và truyền nhiệt cao nên được sử dụng để làm tản nhiệt, giảm nhiệt độ trong các thiết bị điện tử.

3 Electron kích thích

Khác biệt về điện thế sẽ khiến vật liệu bán dẫn rời khỏi trạng thái cân bằng, kích thích các electron và lỗ trống tương tác với nhau thông qua quá trình khuếch tán xung quanh. Cứ mỗi khi cân bằng nhiệt bị xáo trộn thì số lượng electron và lỗ trống sẽ thay đổi liên tục. Qúa trình này được gọi là thế hệ và tái tổ hợp.

4 Độ dẫn điện biến đổi

Điện thế thay đổi khiến nhiệt độ của chất bán dẫn thay đổi, các electron được kích thích để hoạt động mạnh hơn. Khiến cho số lượng lỗ trống và điện tích tự do thay đổi liên tục, làm biến đổi tính dẫn điện của chất.

5 Phát xạ ánh sáng nhẹ

Các electron bị kích thích đôi khi sẽ sinh ra các ánh sáng. Vì thế chúng được dùng trong đèn LED hay đèn huỳnh quang.

6 Chuyển đổi năng lượng nhiệt

Các electron bị kích thích thường sẽ sinh ra nhiệt lượng rất lớn nên thường được dùng trong các nhà máy phát điện.

Các nguyên tử trong chất bán dẫn có mức năng lượng giống nhau sẽ liên kết với nhau theo từng khối. Có 3 vùng năng lượng chính:

• Vùng hóa trị: có năng lượng thấp nhất, liên kết giữa các điện tử với nguyên tử là mạnh nhất và rất cố định.
• Vùng dẫn: mức năng lượng cao nhất. Điện tử liên kết rất yếu với nguyên tử, thậm chí là không liên kết và rất linh động. Hình thành nên tính dẫn điện.
• Vùng cấm: là vùng tạo ra giữa vùng hóa trị và vùng dẫn. Không có điện tử tự do nên không có khả năng dẫn điện.

Lớp chuyển tiếp P-N

Lớp chuyển tiếp P-N là nơi chuyển tiếp giữa bán dẫn p và bán dẫn n. Một bên lớp chuyển tiếp là các điện tích dương, một bên là các điện tích âm. Còn ở giữa không có hạt điện tử, nên đây còn được gọi là lớp nghèo.

Dòng điện trong chất bán dẫn như thế nào?

Ở nhiệt độ bình thường, các electron của các nguyên tử trong chất bán dẫn không bị kích thích. Chúng vẫn liên kết với các nguyên tử, và không tạo thành các electron tự do và các lỗ trống. Vì vậy không thể dẫn điện.

Ở nhiệt độ cao, liên kết giữa các electron và nhân nguyên tử bị phá vỡ. Electron chuyển động tự do, để lại các lỗ trống. Trong khi chuyển động lung tung, các electron có thể di chuyển đến các lỗ trống khác và ở lại đó để tạo ra các liên kết mới không mang điện tích. Tuy nhiên, lỗ trống này được lấp đồng nghĩa là các lỗ trống khác được tạo ra.

Cứ tiếp tục như thế, dòng các electron chuyển động sẽ tạo ra dòng các lỗ trống xuất hiện liên tục. Hình thành nên dòng điện.

Ứng dụng chất bán dẫn trong cuộc sống

Một số ứng dụng của chất bán dẫn phải kể đến là:

• Bộ phận cảm biến nhiệt độ, nồi cơm điện nấu bằng cách sử dụng chất bán dẫn
• Các sản phẩm kỹ thuật số: Điện thoại di động, TV, máy giặt, tủ lạnh, bóng đèn LED
• Ngành điện tử tiêu dùng: Máy ATM, xe lửa, truyền thông, internet và các thiết bị về y tế

Trên đây là một sống thông tin và ứng dụng về chất bán dẫn. Hy vọng anh em đã có thể nắm rõ chất bán dẫn là gì, cũng như các ứng dụng quan trọng của nó. Bài viết nếu có thiếu sót xin chân thành nhận đóng góp từ anh em để các số sau hoàn chỉnh hơn nhé.