Chất bán dẫn là gì? Ứng dụng của chất bán dẫn đối với đời sống hiện nay

Chất bán dẫn là gì? Đó là chất có độ dẫn điện ở mức độ trung gian. Chất bán dẫn cách được điện ở nhiệt độ thấp. Dẫn điện ở nhiệt độ thường. Vậy cụ thể chất bán dẫn là gì? Có những tính chất và ứng dụng ra sao? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là gì? Như đã đề cập ở trên, chất bán dẫn có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất cách điện và dẫn điện. Khi có tạp chất, tính bán dẫn sẽ thay đổi. Tạp chất khác nhau sẽ gây ra tính bán dẫn khác nhau. Khi 2 chất bán dẫn khác nhau kết hợp lại thì sẽ tạo thành lớp tiếp xúc.

Tính chất của chất bán dẫn

Độ dẫn điện có thể biến đổi

Chất bán dẫn khi ở trạng thái tự nhiên là một chất dẫn điện kém. Chính vì vậy, kỹ thuật phát triển ngày nay đã cho phép khắc phục được điều đó. Chất bán dẫn đã có thể hoạt động giống như vật liệu dẫn điện, tiêu biểu là doping và gating. Chúng sinh ra chất bán dẫn loại P và loại N. Chúng hoạt động theo nguyên lý không cân bằng của các hạt điện tử.

Dị thể trong chất bán dẫn là gì?

Dị thể xuất hiện khi hai vật bán dẫn được liên kết với nhau. Dẫn đến việc trao đổi điện tử và lỗ trống giữa các vật liệu khác nhau. Sinh ra hiện tượng chuyển đổi hạt mang điện gọi là tái tổ hợp. Sản phẩm của quá trình chuyển đổi này là các ion tích điện. Kết quả có được trong điện trường.

Electron kích thích của chất bán dẫn là gì?

Trạng thái mất cân bằng của vật bán dẫn sẽ xuất hiện khi có sự khác biệt về điện thế. Từ đó mang theo các electron và lỗ trống cho toàn hệ thống. Cân bằng nhiệt khi bị xáo trộn đều sẽ khiến lỗ trống và điện tử thay đổi. Hay có thể kể đến sự chênh lệch nhiệt độ, xâm nhập vào hệ thống để tạo ra các electron và lỗ trống. Quá trình tạo và hủy các electron và lỗ trống tương ứng là quá trình tạo và tái hợp.

Phát ra ánh sáng

Các electron bị kích thích tại một số chất bán dẫn có thể phát ra ánh sáng thay vì tỏa nhiệt. Chất bán dẫn như vậy được ứng dụng trong chế tạo điốt và lượng tử huỳnh quang.

Độ dẫn nhiệt cao

Chất bán dẫn có tính dẫn nhiệt rất cao. Chúng được ứng dụng nhiều trong việc tản nhiệt và cải thiện việc quản lý nhiệt độ của thiết bị điện.

Chuyển đổi năng lượng nhiệt của chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn có năng lượng nhiệt rất lớn. Được ứng dụng chủ yếu trong các máy phát điện, bộ làm mát nhiệt điện.

Phân loại chất bán dẫn phổ biến hiện nay

• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV
• Chất bán dẫn hợp chất nhóm IV
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm VI
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm III, V
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm II, VI
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm I, VII
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV, VI
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm V, VI
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm II, V
• Chất bán dẫn nguyên tố nhóm I, III, VI
• Oxit
• Màng mỏng bán dẫn
• Chất bán dẫn từ
• Chất bán dẫn hữu cơ được làm từ các hợp chất hữu cơ
• Tổ hợp chuyển phí

Tính dẫn điện của chất bán dẫn là gì?

Tính dẫn điện của chất bán dẫn được lý giải qua lý thuyết vùng năng lượng.

Các chất bán dẫn có vùng cấm sẽ có một độ rộng xác định. Ở 0 độ tuyệt đối, tất cả các điện tử ở vùng hóa trị. Lúc này chất bán dẫn không dẫn điện. Khi tăng dần nhiệt độ, các điện tử nhận được năng lượng nhiệt nhưng chưa đủ vượt qua vùng cấm. Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao, một số điện tử sẽ vượt qua vùng cấm, nhảy lên vùng dẫn. Lúc này chất rắn trở thành dẫn điện. Khi nhiệt độ càng tăng lên, mật độ điện tử trên vùng dẫn sẽ càng tăng lên. Do đó, tính dẫn điện của chất bán dẫn tăng dần theo nhiệt độ.

Bên cạnh đó, tính dẫn điện của chất bán dẫn có thể thay đổi thông qua năng lượng ánh sáng. Khi chiếu sáng, các điện tử sẽ hấp thu năng lượng từ photon. Chúng sẽ nhảy lên vùng dẫn nếu năng lượng đủ lớn. Lúc này, tính chất của chất bán dẫn sẽ bị thay đổi dưới tác động ánh sáng.

Chất bán dẫn loại P và N

Chất bán dẫn loại P

Chất bán dẫn loại P (bán dẫn dương) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III. Chất bán dẫn P dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.

Chất bán dẫn loại N

Chất bán dẫn loại N (bán dẫn âm) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V. Chất bán dẫn N dẫn điện chủ yếu bằng các electron dẫn chính. Các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân.

Dòng điện trong chất bán dẫn

Bài viết sẽ đề cập đến chất bán dẫn tinh khiết nhất Si. Mỗi nguyên tử Si có 4 e ở lớp vỏ ngoài cùng sẽ liên kết với các nguyên tử Si khác. Từ đó sẽ tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện ở nhiệt độ thấp.

Ở nhiệt độ cao, liên kết giữa các nguyên tử Si dễ bị phá vỡ vì chuyển động nhiệt. Các e có hoàn toàn có khả năng tách khỏi liên kết để tạo thành e tự do. 1 e thoát ra sẽ tạo ra 1 khoảng trống trong liên kết giữa các phân tử Si. Càng nhiều liên kết bị đứt gãy, các e tự do sinh ra càng nhiều, lỗ trống hình thành càng nhiều.

Các e tự do sẽ chuyển động đến vị trí của lỗ trống, lấp đầy chúng khi nhiệt độ diễn ra hỗn loạn. Chúng tạo thành các liên kết mới, tạo ra các lỗ trống mới ở các vị trí khác nhau. Nói 1 cách dễ hiểu thì e tự do chuyển động đồng thời làm các lỗ trống chuyển động.

Các e và lỗ trống sẽ chuyển động ngược chiều khi có sự chênh lệch điện thế giữa 2 đầu chất bán dẫn. Đó là cách để chúng tạo ra dòng điện trong chất bán dẫn.

Ứng dụng của chất bán dẫn đến đời sống hiện nay

Chất bán dẫn được ứng dụng rất nhiều trong đời sống con người hiện nay. Một số thiết bị điện dân dụng phổ biến có thể kể đến như cảm biến nhiệt trong điều hoà, nồi cơm điện,… Hay đến thiết bị của vi tính như bộ xử lý CPU.

Một số thiết bị kỹ thuật cao cũng sử dụng chất bán dẫn như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh,…

Ngoài ra, chất bán dẫn cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của máy ATM, xe lửa, internet,… Chất bán dẫn được đánh giá về mặt hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường.

Bài viết trên đã tổng hợp đầy đủ những kiến thức xung quanh chất bán dẫn là gì. Hy vọng bài viết này sẽ giúp ích cho các bạn trong cuộc sống.