Chất bán dẫn là gì? Dòng điện trong chất bán dẫn (2022)

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.

Vùng năng lượng

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.