Bạn muốn tìm hiểu chi tiết về chất bán dẫn, cụ thể như: chất bán dẫn là gì? Phân loại các chất bán dẫn hiện nay? Ứng dụng của chất bán dẫn trên thị trường ra sao? … Vậy thì bài viết này là dành cho bạn. Đọc đến hết bài viết để được giải đáp toàn bộ thông tin kể trên nhé!
1. Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn (semiconductor) là một loại vật liệu đặc biệt trong ngành công nghiệp điện tử, có khả năng điều khiển và truyền dẫn dòng điện một cách hiệu quả.
Chất bán dẫn có độ dẫn điện ở mức trung gian, giữa chất dẫn điện (conductors) và chất cách điện (insulators). Chất này hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng.
2. Phân loại chất bán dẫn
Bên cạnh việc tìm hiểu chất bán dẫn là gì, chúng ta cũng cần lưu ý đến việc phân loại chất bán dẫn. Việc phân loại chất bán dẫn là rất quan trọng vì các loại chất bán dẫn khác nhau sẽ có các tính chất và ứng dụng riêng biệt.
2.1. Chất bán dẫn tinh khiết
Chất bán dẫn tinh khiết có chứa rất ít tạp chất và có độ dẫn điện thấp. Trong chất bán dẫn tinh khiết, các nguyên tử được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Mỗi nguyên tử có 4 electron hóa trị, và các electron này được chia sẻ với các nguyên tử khác để tạo thành các liên kết. Để chất bán dẫn tinh khiết có thể dẫn điện, cần phải có các hạt mang điện tự do.
Mỗi nguyên tử thuộc nguyên tố nhóm IV thường có 4 electron ở lớp ngoài, tiếp đó được liên kết với các nguyên tử Si khác bằng liên kết cộng hóa trị tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện xét ở điều kiện nhiệt độ thấp.
Điện trở suất của các chất bán dẫn thuần thường rất cao khi ở nhiệt độ thấp và giảm nhanh khi có sự tăng lên của nhiệt độ. Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nghĩa là cùng tăng hoặc cùng giảm. Hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn thuần do đó mà có giá trị âm.
2.2. Chất bán dẫn tạp chất
Đây là chất bán dẫn có chứa tạp chất như các nguyên tố khác hoặc các hợp chất làm tăng hoặc giảm độ dẫn điện của chất bán dẫn. Tạp chất có thể được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết bằng cách sử dụng các kỹ thuật như pha tạp nhiệt hoặc pha tạp hóa học.
- Chất bán dẫn loại P:
Chất bán dẫn loại p hay chất bán dẫn dương có tạp chất là những nguyên tố thuộc nhóm III, được tạo thành khi tạp chất như boron chỉ có ba electron trong lớp vỏ hóa trị.
Khi một lượng nhỏ được chất có hóa trị III được liên kết với tinh thể, nguyên tử chất đó có thể tích hợp với bốn nguyên tử silicon theo liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì nó chỉ chứa ba electron để cung cấp nên sẽ có một lỗ trống được tạo ra. Lỗ này mang điện tích dương nên chất bán dẫn pha tạp được gọi là chất bán dẫn loại p.
- Chất bán dẫn loại N:
Chất bán dẫn loại n chính là chất bán dẫn âm, với đặc điểm tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, xảy ra khi tạp chất là một nguyên tố xuất hiện năm electron trong lớp vỏ hóa trị. Khi một lượng nhỏ chất có hóa trị V, điển hình như photpho được thêm vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử thường sẽ liên kết với bốn nguyên tử silicon liền kề.
Vì photpho mang năm electron trong vỏ hóa trị nên chỉ sẽ có bốn trong số đó là được liên kết với các nguyên tử silic ở lân cận theo liên kết cộng hóa trị. Còn một electron hóa trị còn lại bị bỏ lại không có gì để liên kết, trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn được tạo ra theo cách này mang điện tích âm và người ta gọi là chất bán dẫn loại n.
3. Tính chất của chất bán dẫn
Chất bán dẫn có những tính chất tính sau đây:
- Điện trở trung bình: Chất bán dẫn có khả năng dẫn điện ở nhiệt độ phòng, nhưng có điện trở cao hơn so với chất dẫn điện. Điều này có nghĩa là chất bán dẫn có thể điện dẫn một cách hạn chế, và khả năng dẫn điện có thể tăng lên hoặc giảm đi tùy thuộc vào môi trường và ứng dụng cụ thể.
- Băng rộng của bandgap: Bandgap là khoảng năng lượng giữa dải dẫn (conduction band) và dải cách (valence band) trong cấu trúc điện tử của chất bán dẫn. Chất bán dẫn có bandgap giữa chất dẫn điện và chất cách điện, cho phép kiểm soát việc dẫn điện bằng điều chỉnh năng lượng.
- Điện động học nhiệt: Chất bán dẫn có thể dẫn điện tốt hơn ở nhiệt độ cao hơn và dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp hơn. Điều này làm cho chúng có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có biến đổi nhiệt độ.
- Tùy chỉnh bandgap: Bandgap của chất bán dẫn có thể được tùy chỉnh thông qua quá trình doping (nạp tạo tính dẫn) hoặc bằng cách chọn cấu trúc tinh thể và chất cơ bản cụ thể. Điều này cho phép tạo ra các loại chất bán dẫn với bandgap khác nhau cho các ứng dụng đặc biệt.
- Cảm biến và khuếch đại: Chất bán dẫn thường được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến (sensors) và thiết bị khuếch đại (amplifiers) như transistor. Chúng có khả năng kiểm soát và tăng cường dòng điện và tín hiệu điện.
- Hợp chất hóa học: Chất bán dẫn có thể hình thành thành hợp chất hóa học với các nguyên tố khác để tạo ra các loại vật liệu chất bán dẫn đặc biệt có tính chất khác nhau.
- Chất bán dẫn quang học: Một số chất bán dẫn, chẳng hạn như GaAs và InP, có khả năng phát xạ và thu ánh sáng, thường được sử dụng trong các thiết bị quang học và laser.
4. Ứng dụng của chất bán dẫn
Các tính chất của chất bán dẫn được ứng dụng trong nhiều linh kiện điện tử, chẳng hạn như diode, transistor, và mạch tích hợp.
- Diode: Diode là linh kiện điện tử chỉ cho phép dòng điện đi theo một hướng. Diode được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như chỉnh lưu, khuếch đại, và chuyển đổi năng lượng.
- Transistor: Transistor là một linh kiện điện tử có thể khuếch đại hoặc chuyển tín hiệu điện, được sử dụng trong sản xuất máy tính, điện thoại di động, và thiết bị điện tử tiêu dùng.
- Mạch tích hợp: Mạch tích hợp là một thiết bị điện tử nhỏ chứa nhiều linh kiện điện tử trên một chip silicon. Mạch tích hợp được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như máy tính, điện thoại di động, và thiết bị điện tử tiêu dùng.
Có thể bạn quan tâm: Transistor là gì? Cấu tạo, nguyên lý và những điều cần biết
Các tính chất của chất bán dẫn được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử, chẳng hạn như máy tính, điện thoại di động, và thiết bị điện tử tiêu dùng.
- Máy tính: Máy tính sử dụng các linh kiện điện tử để xử lý thông tin. Các linh kiện điện tử này được làm từ chất bán dẫn.
- Điện thoại di động: Điện thoại di động sử dụng các linh kiện điện tử để truyền và nhận tín hiệu. Các linh kiện điện tử này được làm từ chất bán dẫn.
- Thiết bị điện tử tiêu dùng: Thiết bị điện tử tiêu dùng, chẳng hạn như TV, máy nghe nhạc và máy ảnh đều sử dụng các linh kiện điện tử để hoạt động. Trong đó, nhiều linh kiện điện tử được làm từ chất bán dẫn.
Ứng dụng chất bán dẫn trong công nghệ quang học. Chất bán dẫn được sử dụng trong các thiết bị quang học, chẳng hạn như điốt phát quang (LED) và laser.
- Điốt phát quang (LED): LED là một linh kiện điện tử có thể phát ra ánh sáng. LED được sử dụng để tạo nên các loại đèn, màn hình tivi, máy tính, điện thoại và tín hiệu giao thông.
- Laser: Laser là một thiết bị quang học có thể tạo ra chùm ánh sáng tập trung. Laser được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất đến y tế, chẳng hạn như cắt, hàn các thiết bị và dùng trong phẫu thuật,…
Các tính chất của chất bán dẫn phù hợp để sử dụng trong các thiết bị năng lượng, chẳng hạn như pin mặt trời và pin nhiên liệu.
- Pin mặt trời: Pin mặt trời là một thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, được làm từ chất bán dẫn.
- Pin nhiên liệu: Pin nhiên liệu là một thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng, được làm từ chất bán dẫn.
Trên đây là toàn bộ thông tin chi tiết về chất bán dẫn mà trung tâm VATC muốn gửi đến bạn. Hy vọng bạn đã có thêm kiến thức hay trong ngày cho mình.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
