English
Trong các lĩnh vực sản xuất các sản phẩm công nghệ hay những thiết bị dân dụng ngày nay không thể thiếu được các chất bán dẫn. Chúng là loại vật liệu quan trọng, được sử dụng cực kỳ phổ biến hiện nay. Nếu như bạn không biết chất bán dẫn là gì, chúng có những tính chất như thế nào, ứng dụng cụ thể gì trong đời sống của con người? Vậy thì hãy cùng Cti Supply khám phá ngay những thông tin chia sẻ về chất bán dẫn trong bài viết dưới đây ngay nhé!
Nội dung chính
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn là gì? Chất bán dẫn (tên khoa học là Semiconductor) chính là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện với chất cách điện. Chất bán dẫn sẽ hoạt động giống như một chất cách điện khi ở nhiệt độ thấp và sẽ có tính dẫn điện khi ở nhiệt độ phòng.
Chất bán dẫn có thể là các nguyên tố tinh khiết như silicon, germanium hoặc cũng có thể là các hợp chất như gallium arsenide, cadmium selenide. Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất và chúng cũng phụ thuộc nhiều vào loại tạp chất được thêm vào
Đặc điểm, tính chất của các chất bán dẫn
Tính chất của các chất bán dẫn
Chất bán dẫn là gì, chúng có tính chất như thế nào? Sau đây chính là một số đặc điểm, tính chất chủ đạo của các chất bán dẫn như:
- Chất bán dẫn hoạt động giống như chất cách điện ở Zero Kelvin (nhiệt độ không tuyệt đối). Khi tăng nhiệt độ lên cao thì chúng sẽ hoạt động giống như một chất dẫn điện.
- Chất bán dẫn có thể được sửa đổi bằng cách pha thêm các tạp chất để tạo ra những thiết bị bán dẫn thích hợp cho việc chuyển đổi năng lượng, chuyển mạch, bộ khuếch đại. Bởi vì, các chất bán dẫn này sẽ có các đặc tính điện đặc biệt riêng của chúng.
- Khi sử dụng sẽ ít bị tổn thất điện năng hơn so với khi dùng chất cách điện
- Chất bán dẫn có kích thước, trọng lượng nhỏ
- Điện trở suất của các chất bán dẫn cao hơn so với chất dẫn điện nhưng chúng lại nhỏ hơn các chất cách điện.
- Khi nhiệt độ tăng lên thì điện trở của chất bán dẫn sẽ giảm đi và ngược lại.
Khả năng dẫn điện của chất bán dẫn
- Các chất bán dẫn có vùng cấm với một mức độ rộng xác định. Ở Zero Kelvin – 0 độ tuyệt đối, tất cả các điện tử ở trong vùng hóa trị. Lúc này chất bán dẫn sẽ không dẫn điện. Khi tăng dần nhiệt độ lên thì lúc này các điện tử sẽ nhận được năng lượng nhiệt tuy nhiên vẫn chưa đủ để vượt qua vùng cấm. Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao, một số điện tử sẽ bắt đầu vượt qua vùng cấm và nhảy lên vùng dẫn. Lúc này chất rắn sẽ trở thành chất dẫn điện. Khi nhiệt độ tăng lên, mật độ điện tử trên vùng dẫn ngày càng tăng lên. Do đó, tính dẫn điện của chất bán dẫn cũng tăng dần lên theo nhiệt độ.
- Bên cạnh đó, tính dẫn điện của chất bán dẫn cũng có thể thay đổi thông qua năng lượng ánh sáng. Khi chiếu sáng, các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng đến từ photon. Chúng sẽ nhảy lên vùng dẫn nếu như mức năng lượng đủ lớn. Lúc này, tính chất của chất bán dẫn cũng sẽ bị thay đổi dưới tác động của ánh sáng.
Phân loại
Chất bán dẫn là gì, chúng có những loại nào? Hiện nay chất bán dẫn được chia làm 2 loại chính là: chất bán dẫn tinh khiết và chất bán dẫn pha tạp chất.
Chất bán dẫn tinh khiết
Chất bán dẫn tinh khiết hay chất bán dẫn thuần, đây là chất bán dẫn không có tạp chất. Điển hình chính là Silicon hay Germanium. Chúng còn được gọi là các chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV. Mỗi nguyên tử của nguyên tố nhóm IV sẽ có 4 electron ở lớp ngoài cùng, chúng liên kết với các nguyên tử Si khác bằng liên kết cộng hóa trị để tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện ở điều kiện nhiệt độ thấp.
Điện trở suất của chất bán dẫn thuần (chất bán dẫn tinh khiết) rất cao khi ở nhiệt độ thấp và chúng cũngg giảm nhanh khi mức nhiệt độ tăng lên. Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết tỷ lệ thuận với nhiệt độ, đồng nghĩa với việc cùng tăng hoặc cùng giảm với nhiệt độ. Hệ số nhiệt điện trở của các chất bán dẫn thuần có mức giá trị âm.
Chất bán dẫn pha tạp chất
Trong nhóm các chất bán dẫn pha tạp chất có 2 loại là chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N:
- Chất bán dẫn loại P: là chất bán dẫn dương. Chúng có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, xảy ra khi tạp chất như boron chỉ có 3 electron trong lớp vỏ hóa trị. Khi một lượng nhỏ lượng chất có hóa trị III được tích hợp vào tinh thể. Lúc này nguyên tử của chất đó có thể liên kết với 4 nguyên tử silicon theo liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì nó chỉ có 3 electron để cung cấp, do đó có 1 lỗ trống được tạo ra. Lỗ trống này này mang điện tích dương, do đó nên chất bán dẫn pha tạp theo cách này chính là chất bán dẫn loại P (Positive: Dương).
- Chất bán dẫn loại N: Còn gọi là chất bán dẫn âm. Chúng có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V. Xảy ra khi tạp chất là 1 nguyên tố có 5 electron trong lớp vỏ hóa trị. Khi một lượng nhỏ chất có hóa trị V như photpho được thêm vào trong cấu trúc tinh thể của silic. Lúc này mỗi nguyên tử sẽ liên kết với 4 nguyên tử silicon liền kề. Vì photpho có 5 electron trong vỏ hóa trị của nó nên chỉ sẽ có 4 trong số đó được liên kết với các nguyên tử silic lân cận theo liên kết cộng hóa trị. Còn electron hóa trị thứ 5 sẽ bị bỏ lại, trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn được tạo ra theo cách này sẽ mang điện tích âm và sẽ được gọi là chất bán dẫn loại N (Negative : Âm).
Ứng dụng
Chất bán dẫn là gì, chúng hiện đang có ứng dụng như thế nào trong đời sống hiện nay? Vì chất bán dẫn hiện không được bán một cách phổ thông giống như các thiết bị điện, do đó sẽ có nhiều người khó hình dung ra các ứng dụng của chất bán dẫn thực tế sẽ như thế nào. Tuy nhiên hiện nay nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử dù con người có biết đến hay không.
Chất bán dẫn chính là những nhân tố cấu thành nên những loại linh kiện điện tử như là transistor, diode, các loại thẻ nhớ, HDD, SSD,…
Một số ứng dụng nổi bật khác của các chất bán dẫn có thể kể đến như: cảm biến nhiệt độ trong máy điều hòa không khí làm bằng chất bán dẫn, nồi cơm điện có thể nấu chín cơm là nhờ vào hệ thống điều khiển nhiệt độ có sử dụng chất bán dẫn. Cho đến bộ vi xử lý của máy tính cũng được làm từ các nguyên liệu từ chất bán dẫn. Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như là điện thoại di động, TV, máy giặt, máy ảnh, tủ lạnh, bóng đèn LED… tất cả cũng đều sử dụng chất bán dẫn để có thể hoạt động được.
Chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm quan trọng trong hoạt động của các thiết bị như: máy ATM, mạng internet, truyền thông, xe lửa và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng. Chẳng hạn như trong mạng lưới y tế thì các chất bán dẫn được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe đến cho những người cao tuổi,…
Hi vọng qua bài viết chia sẻ trên đây do Cti Supply mang đến đã giúp bạn hiểu rõ hơn về chất bán dẫn là gì, nắm được những thông tin quan trọng về chất bán dẫn. Cảm ơn bạn đã cùng chúng tôi theo dõi bài viết hôm nay, hẹn gặp lại trong nhiều chủ đề thú vị khác trên trang ctisupply.vn!