Semiconductor là gì? Có những loại Semiconductor nào? Tính chất? Các ứng dụng của Semiconductor là gì? Nếu bạn đang có những thắc mắc này, hãy cùng chúng tôi theo dõi trong bài viết dưới đây.

Định nghĩa cơ bản của Semiconductor

Semiconductor còn được gọi là chất bán dẫn là chất có độ dẫn điện giữa chất dẫn điện (thường là kim loại) và chất cách điện (như hầu hết các đồ gốm sứ). Chất bán dẫn có thể là các nguyên tố tinh khiết (silic, gecmani) hoặc các hợp chất (gali asenua, cadimi selenua) hoạt động như chất cách điện.

Độ bán dẫn thay đổi khi có tạp chất, tùy thuộc vào loại tạp chất được thêm vào. Mối nối được hình thành khi hai chất bán dẫn khác nhau được liên kết với nhau. Các hạt mang điện như electron, ion và electron là cơ sở của các điốt, bán dẫn

Chất bán dẫn gồm những loại nào?

Semiconductor tinh khiết

Semiconductor tinh khiết (chất bán dẫn tinh khiết) là chất bán dẫn không có tạp chất, thường là silicon hoặc germani.

Đồng thời là chất bán dẫn nguyên tố nhóm bốn. Mỗi nguyên tử của các nguyên tố nhóm bốn có 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, liên kết với các nguyên tử Si khác thông qua liên kết cộng hóa trị tạo thành chất bán dẫn trung hòa về điện ở nhiệt độ thấp.

Chất bán dẫn tinh khiết có điện trở suất cao. Ở nhiệt độ thấp, nó giảm nhanh khi nhiệt độ tăng. Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết tỷ lệ thuận với nhiệt độ, tức là tăng hoặc giảm đồng thời. Hệ số nhiệt điện trở bán dẫn của chất bán dẫn tinh khiết có cùng giá trị (-).

Semiconductor pha tạp chất

Semiconductor loại P (+)

Semiconductor loại P (chất bán dẫn loại dương) có lẫn tạp chất của các nguyên tố nhóm ba, xảy ra hiện tượng tạp chất như Bo chỉ có 3 electron ở vỏ hóa trị.

Khi một lượng nhỏ của loại hóa trị ba được kết hợp vào tinh thể, các nguyên tử của loài đó có thể tạo liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử silicon. Nhưng vì nó chỉ có 3 electron nên sinh ra lỗ trống

=> Lỗ trống này mang điện tích dương nên chất bán dẫn được pha tạp chất này được gọi là bán dẫn loại P.

Semiconductor loại N (-)

Semiconductor loại N ( chất bán dẫn loại âm) Là nguyên tố nhóm Năm và xảy ra khi tạp chất là nguyên tố có 5 electron ở lớp vỏ hóa trị

Khi một lượng nhỏ các loài có hóa trị V, mỗi nguyên tử sẽ có 4 nguyên tử Silic liền kề do phốt pho được thêm vào cấu trúc tinh thể của Silic. Vì phốt pho có 5 điện tử trong lớp vỏ hóa trị của nó, nên chỉ 4 trong số chúng sẽ liên kết với các nguyên tử Silic khác. Các nguyên tử Silic liền kề tuân theo liên kết cộng hóa trị, trong khi điện tử hóa trị thứ 5 không có liên kết và trở thành điện tử tự do.

=> Một chất bán dẫn được làm theo cách này có điện tích âm và được gọi là chất bán dẫn loại N.

Những tính chất của Semiconductor

Hiệu ứng trường

Khi hai lớp P-N được liên kết với nhau, điều này dẫn đến sự trao đổi điện tích tại điểm nối P-N. Các electron từ lớp n sẽ chuyển sang lớp p và ngược lại, các lỗ trống từ lớp p sẽ chuyển sang lớp n do sự trung hòa điện. Một sản phẩm của quá trình này là sạc các ion, tạo ra điện trường.

Hiện tượng dị hình

Hiện tượng dị hình xảy ra khi hai vật liệu bán dẫn có pha tạp chất khác nhau được kết hợp với nhau. Ví dụ, một cấu hình có thể bao gồm Gecmani P và Gecmani N. Điều này dẫn đến sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa các vật liệu bán dẫn pha tạp chất khác nhau.

Gecmani pha tạp N sẽ có quá nhiều điện tử, trong khi Gecmani pha tạp chất P sẽ có quá nhiều lỗ trống. Sự chuyển đổi này xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng thông qua một quá trình gọi là tái tổ hợp. Một sản phẩm của quá trình này là các ion tích điện, gây ra hiệu ứng điện trường.

Các electron bị kích thích

Sự khác biệt về điện thế trong vật liệu bán dẫn làm cho nó rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt, tạo ra sự mất cân bằng. Điều này đưa các electron và lỗ trống vào hệ thống, chúng tương tác thông qua một quá trình được gọi là sự khuếch tán môi trường xung quanh.

Bất cứ khi nào cân bằng nhiệt bị xáo trộn trong vật liệu bán dẫn, số lượng lỗ trống và điện tử thay đổi, sự gián đoạn đó có thể do chênh lệch nhiệt độ gây ra hoặc các photon có thể xâm nhập vào hệ thống và tạo ra các điện tử và lỗ trống.Quá trình tạo ra và phá hủy electron và lỗ trống được gọi là quá trình tạo và tái tổ hợp

Sự thay đổi độ dẫn điện

Chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên là chất dẫn điện kém vì dòng điện cần có dòng electron và chất bán dẫn có đầy đủ vùng hóa trị của electron. Một số kỹ thuật đã được phát triển cho phép vật liệu bán dẫn hoạt động giống như vật liệu dẫn điện.Những sửa đổi này có hai kết quả: loại N và loại P. Chúng đề cập đến sự dư thừa hoặc thiếu hụt các electron. Số lượng electron không cân bằng gây ra dòng điện chạy qua vật liệu.

Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có độ dẫn nhiệt cao có thể được sử dụng để phát nhiệt và nâng cao khả năng quản lý nhiệt của các thiết bị điện tử.

Phản xạ ánh sáng

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

Chuyển đổi năng lượng

Chất bán dẫn có hệ số nhiệt điện lớn làm cho chúng hữu ích trong máy phát nhiệt điện, cũng như số nhiệt điện cao làm cho chúng hữu ích trong bộ làm mát nhiệt điện.

Ứng dụng của Semiconductor (chất bán dẫn) trong cuộc sống

Là một trong những yếu tố quan trọng nhất để tạo nên những linh kiện hoàn chỉnh như Diode, transistor, thẻ nhớ, SSD, HDD, v.v.

Các thành phần này được kết hợp, lắp ráp và liên kết với nhau để tạo ra bảng mạch điện tử.Chất bán dẫn giúp sản xuất các thiết bị điện như rơle trạng thái rắn, linh kiện trạng thái rắn, bóng bán dẫn, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến mức, điốt trạng thái rắn, bộ chuyển đổi tín hiệu, máy biến dòng, PLC, biến tần…

Chất bán dẫn có thể được tìm thấy trong nhiều thiết bị điện tử ngày nay, ví dụ:

Cảm biến nhiệt độ điều hòa nhiệt độ.
Bộ xử lý CPU của máy tính
Bộ chuyển đổi tín hiệu trong điện thoại, tivi,…

Chất bán dẫn đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của máy ATM, Internet, thiết bị y tế, tàu hỏa,…

Auvietco.vn hy vọng qua những thông tin chúng tôi cung cấp cho bạn trong bài viết này, bạn đã hiểu Semiconductor là gì? Phân loại và ứng dụng của chất bán dẫn trong đời sống.

BÀI VIẾT KHÁC CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM

Cập nhật lúc 16:20 – 15/02/2023