Tính chất của chất bán dẫn là gì? Ứng dụng vật liệu bán dẫn

Chất bán dẫn (có tên tiếng anh là Semiconductor) là một chủ đề khá thú vị vì nó có tác động lớn đến đời sống của chúng ta. Tính bán dẫn cũng có thể thay đổi khi mà có những tạo chất khác nhau có thể tạo nên tính bán dẫn khác nhau. Để hiểu rõ hơn về bán dẫn thì bạn hãy đọc bài viết sau đây nhé!

Chất Bán Dẫn
Chất Bán Dẫn

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn có tên tiếng anh là Semiconductor là một chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa những chất điện và chất cách điện. Bán dẫn cũng hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và cũng có tính chất dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Sở dĩ chúng được gọi là một chất “bán dẫn” (chữ bán trong tiếng Hán là một nửa) là chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó hay ở một điều kiện khác nhau sẽ không dẫn điện.

Tính bán dẫn cũng có thể thay đổi khi mà có tạp chất và những tạp chất khác nhau cũng có thể gắn được với nhau và nó cũng tạo ra được một lớp tiếp xúc. Những tính chất của những hạt mang điện electron và những iron, lỗ trống điện từ ở trong lớp tiếp xúc. Những tính chất của hạt điện như electron, những iron và lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc này cũng là một cơ sở để tạo nên những diot, bóng bán dẫn và những thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.

Những thiết bị bán dẫn cũng mang lại loạt tính chất hữu ích như có thể điều chỉnh và đường đi của dòng điện theo một hướng khác. Và cũng thay đổi điện trở nhờ vào ánh sáng và nhiệt. Vì những thiết bị bán dẫn cũng có thể thay đổi được những tính chất thông qua tạp chất hay ánh sáng hoặc nhiệt thì chúng cũng thường được dùng để mở rộng, ngắt mạch điện hay chuyển đổi năng lượng.

Nguyên tố silic, germani và những hợp chất của gallium được sử dụng rộng rãi nhất làm bán dẫn trong những linh kiện điện tử. Ứng dụng đầu tiên của bán dẫn là vào những năm 1904 với máy Cat’s – whisker detector với một diode bán dẫn tinh khiết. Sau đó cũng dựa vào sự phát triển thuyết vật lý lượng tử người ta cũng đã tạo ra được bóng bán dẫn vào năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên năm 1958. Những tinh thể silic là những vật liệu bán dẫn phổ biến nhất được sử dụng trong vi điện tử và quang điện. Khoa học vật liệu hiện đại cũng đã phát hiện ra được những chất bán dẫn hữu cơ và nó đang có được các ứng dụng bước đầu đó là điốt phát quang hữu cơ (OLED), Pin mặt trời hữu cơ (Organic solar cell) và transistor trường hữu cơ (OFET).

Những loại chất bán dẫn

Những Loại Chất Bán Dẫn
Những Loại Chất Bán Dẫn

Tinh thể silic là vật liệu bán dẫn rất phổ biến hiện nay được sử dụng ở trong bị điện từ và quang điện. Nhưng còn tồn tại một số chất có những tính chất giống như tính chất mà một chất bán dẫn cần có như:

  • Chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV (C,Si, Ge, Sn).
  • Chất bán dẫn hợp chất nhóm IV.
  • Chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV (S,Ce, Te).
  • Chất bán dẫn nguyên tố nhóm III, V: Kết tinh với mức độ cân bằng hóa học cấp và cũng hầu hết có thể thu được với 2 dạng P và N. Chúng được ứng dụng trong những ứng dụng quang điện tử.
  • 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.
  • Những chất dẫn hữu cơ được làm từ những hợp chất hữu cơ.
  • Tổ hợp chuyển phí.

Những thuộc tính cơ bản nhất của chất bán dẫn

Hiệu ứng trường (bán dẫn)

Khi mà kết hợp với  bán dẫn loại n và bán dẫn loại p với nhau thì điều này cũng dẫn đến việc trao đổi điện tích tại lớp tiếp xúc P-N. Những điện tử từ n sẽ chuyển sang lớp p và ngược lại những lỗ trống lớp p cũng chuyển sang lớp n do có quá trình trung hòa về điện. Một số sản phẩm của quá trình này cũng làm cho ion tích điện và tạo ra một điện trường.

Di thể

Những dị thể thường xảy ra khi mà vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau, được kết nối với nhau. Ví dụ như có một cấu hình có thể bao gồm p-pha tạp và n -pha tạp germanium. Điều này cũng đã dẫn đến sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa những vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau. Germanium pha tạp n cũng sẽ có thừ electron và germanium pha tạp p sẽ có chứa nhiều lỗ trống. Sự chuyển đối xảy ra cho đến khi mà đạt được trạng thái cân bằng bởi một quá trình được gọi là tái hợp. Khiến cho những electron di chuyển từ n tiếp xúc những lỗ di chuyển từ loại p. Một sản của quá trình này là những iron tích điện và cũng đã dẫn đến hiệu ứng điện trường.

Electron kích thích

Sự khác biệt về điện thế trên vật liệu bán dẫn cũng sẽ khiến cho nó rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt và tạo ra được tình trạng không cân bằng. Điều này giới thiệu những electron và những lỗ trống cho hệ thống và những tương tác thông qua một quá trình được gọi là khuếch tán xung quanh. Bất cứ khi nào mà cân bằng nhiệt bị xáo trộn trong những những vật liệu bán dẫn và số lượng lỗ trong và điện tử sẽ thay đổi. Sự gián đoạn như vậy cũng có thể xảy ra do có sự chênh lệch nhiệt độ hay photon, cũng có thể xâm nhập vào hệ thống và tạo ra được những electron và lỗ trống. Quá trình mà tạo ra và hủy electron và những lỗ trống được gọi là thế hệ và sự tái tổ hợp.

Độ dẫn nhiệt cao

Bán dẫn có tính dẫn nhiệt cao cũng có thể sử dụng để tản nhiệt và cải thiện quản lý của thiết bị điện tử.

Phát xạ nhẹ

Trong một số bán dẫn nhất định và những electron bị kích thích cũng có thể thư giãn bằng cách phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt. Các bán dẫn này cũng đã tạo ra được sử dụng trong việc chế tạo những diode phát sáng và những chấm lượng tử huỳnh quang.

Chuyển đổi năng lượng nhiệt

Những chất bán dẫn có yếu tố năng lượng nhiệt điện lớn làm cho chúng hữu ích trong những nhà máy phát điện. Cũng như những số liệu nhiệt điện cao làm cho chúng rất hữu ích trong những bộ làm mát nhiệt điện.

Ứng dụng chất bán dẫn điện

ứng Dụng Chất Bán Dẫn
Ứng Dụng Của Chất Bán Dẫn

Vì linh kiện bán dẫn không được bày bán theo một cách phổ thông trong những cửa hàng giống như những thiết bị đèn tiết kiệm điện, vì thế cũng thật khó hình dung cho nhiều người. Nhưng trong thực tế thì nó được rất phổ biến trong những thiết bị điện tử. Chúng cũng có nhân tố cấu thành nên những linh kiện điện tử diode, transistor và những thẻ nhớ, SSD,HDD… Một số ứng dụng nổi bật như:

  • Cảm biến nhiệt độ trong những điều hòa không khí được làm từ những bán dẫn. Nồi cơm điện nấu được cơm một cách hoàn hảo nhất là do nhờ vào hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ những nguyên liệu bán dẫn.
  • Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh , TV, máy giặt và tủ lạnh và những loai bóng đèn led cũng sử dụng những chất bán dẫn.
  • Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng thì chất bán dẫn cũng đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của những ATM, xe lửa, truyền thông, internet và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội như: lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe cao tuổi. Thêm vào đó thì hệ thống hậu cần cũng cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm được năng lượng và thúc đẩy được sử bảo tồn môi trường toàn cầu.

Trên đây là toàn bộ thông tin cũng như kiến thức cơ bản nhất về chất bán dẫn. Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang tìm hiểu.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Bài viết liên quan