Thông tin về chất bán dẫn - Semiconductor là gì bạn nên nắm bắt

cv xin việc đơn giản

1. Khái niệm về semiconductor

Semiconductor - Chất bán dẫn là những chất mà độ dẫn điện của nó nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Các chất cách điện như thủy tinh, gốm sứ có điện trở suất thấp nên ngăn dòng điện đi qua. Còn chất có điện trở suất cao như vàng, bạc, đồng thì dễ dẫn điện. Chất bán dẫn sẽ có tính chất dẫn điện nằm ở khoảng giữa trung bình hai chất trên.

Chất bán dẫn có thể kể tới như Silicon, Germanium và các loại hợp chất của Gallium. Các nguyên tố của những chất này là thuộc nhóm thứ tư của bảng tuần hoàn với hóa trị 4. Những nguyên tố này có vùng dẫn được lấp đầy một phần. Không có electron tự do để dẫn trong chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp (độ không tuyệt đối) nên tinh thể Gecmani đóng vai trò như một chất cách điện ở độ môi trường này. Khi nhiệt độ tăng, độ rộng của khe năng lượng giảm và một số điện tử nhảy lên vùng dẫn. Do đó độ dẫn điện của chất bán dẫn sẽ tăng khi nhiệt độ tăng.

Chất bán dẫn khi ở nhiệt độ thấp hoạt động như một chất cách điện, còn khi ở nhiệt độ phòng sẽ có tính dẫn điện. Gọi chất này là chất bán dẫn vì nó có thể dẫn điện trong một điều kiện cụ thể hoặc ở điều kiện khác thì không. Chất bán dẫn được tạo ra sau khi pha thêm tạp chất vào vào nguyên tố. Độ dẫn điện hoặc độ tự cảm của phần tử sẽ phụ thuộc vào loại và cường độ của các tạp chất được thêm vào.

Xem thêm: SSR là gì, đừng bỏ qua khái niệm về Rơ le bán dẫn

2. Thuộc tính của semiconductor

- Độ dẫn điện của semiconductor biến đổi

Trong trạng thái tự nhiên, chất bán dẫn có tính dẫn điện kém vì semiconductor có dải hóa trị lấp đầy và dòng điện cần dòng điện tử, nên chúng sẽ ngăn chặn những electron mới vào. Giá trị điện trở suất của chất bán dẫn sẽ thay đổi theo nhiệt độ. Hiểu nôm na rằng ở nhiệt độ thấp, semiconductor gần như không cho dòng điện đi qua. Ngược lại, ở nhiệt độ cao, chúng có thể cho dòng điện đi qua dễ dàng.

- Chất bán dẫn nếu không chứa tạp chất, tinh khiết thì gần như không có khả năng dẫn điện. Nhưng nếu chúng được pha tạp chất thì có thể dẫn điện và cho dòng điện đi qua dễ dàng.

- Phát xạ nhẹ. Trong một số chất bán dẫn, các electron của nó có thể phát ra ánh sáng thay vì tạo ra nhiệt. Bởi vậy chúng sẽ được sử dụng trong việc làm chế tạo điốt phát sáng hoặc bóng đèn huỳnh quang.

- Semiconductor có tính dẫn nhiệt cao được ứng ứng dụng trong việc tản nhiệt và cải thiện quản lý nhiệt của các thiết bị điện tử.

Xem thêm: Kỹ sư hóa học là công việc như thế nào, tính chất ra sao?

3. Phân loại chất bán dẫn

3.1. Dựa vào cách hoạt động của semiconductor

Tùy thuộc vào hoạt động của chất bán dẫn mà có thể chia chúng thành hai loại là chất bán dẫn bên trong và chất bán dẫn bên ngoài.

- Chất bán dẫn bên trong:

Chất bán dẫn ở dạng cực kỳ tinh khiết được gọi là chất bán dẫn bên trong. Ví dụ như các chất: Germanium, Silicon. Cấu trúc tinh thể của các phần tử này bao gồm sự lặp đi lặp lại đều trong ba chiều của một đơn vị hình tứ diện, với một nguyên tử ở mỗi đỉnh. Lấy ví dụ ta sẽ phân tích chất bán dẫn Gecmani có hóa trị bốn. Nguyên tử Gecmani có 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng. Gecmani có cấu trúc tinh thể trong đó mỗi nguyên tử Gecmani chia sẻ các điện tử hóa trị của nó với 4 nguyên tử lân cận tạo thành 4 liên kết cộng hóa trị. Các liên kết cộng hóa trị là liên kết bền, do đó không có điện tử tự do để dẫn trong gecmani ở nhiệt độ thấp (độ không tuyệt đối).

Tinh thể Gecmani đóng vai trò như một chất cách điện ở độ không tuyệt đối. Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt năng của một số electron tăng lên và chúng nó sẽ tách ly. Vì vậy, tinh thể thể hiện một độ dẫn điện nhỏ.

- Chất bán dẫn bên ngoài.

Tinh thể ở chất bán dẫn bên trong cho thấy chúng có độ dẫn điện nhỏ. Độ dẫn điện của chất bán dẫn có thể được tăng lên bằng cách thêm một lượng nhỏ tạp chất vào tinh thể nguyên chất của chất bán dẫn. Quá trình này trong khoa học được gọi là “doping”. Thường thì tỷ lệ tạp chất sẽ rất thấp, ví dụ cứ 106 đến 1010 nguyên tử chất bán dẫn thì có 1 nguyên tử tạp chất. Số lượng tạp chất ít sẽ không ảnh hưởng đến cấu trúc của tinh thể chất bán dẫn. 

Tùy thuộc vào chất tạp chất được thêm vào mà chất bán dẫn bên ngoài có thể phân thành hai loại là chất bán dẫn loại p và chất bán dẫn loại n.

Xem thêm: Việc làm kỹ sư hóa học tại Hà Nội

3.2. Phân loại chất bán dẫn bên ngoài

Như đã nói, tùy thuộc vào tạp chất được thêm thì sẽ có hai loại chất bán dẫn sau:

- Chất bán dẫn loại p (tiếng Việt nghĩa là bán dẫn dương): Được sử dụng khi độ tự cảm của nó cao hơn và có ít điện tử tự do hơn. Nó có các đặc điểm như sau:

+ Trong chất bán dẫn loại p, tạp chất được thêm vào có hóa trị ba trong bảng tuần hoàn.

+ Tạp chất trong chất bán dẫn loại p được gọi là tạp chất tạm chấp nhận. 

+ Mỗi nguyên tử tạp chất sẽ tạo ra một lỗ trống trong tinh thể.

+ Tính dẫn điện sẽ phụ thuộc vào lỗ trống.

+ Khi một hiệu điện thế được áp dụng trên các loại chất bán dẫn p. các lỗ trống dường như di chuyển từ đầu dương sang đầu âm.

+ Trong chất bán dẫn loại p, các lỗ trống là vật mang điện tích chính.

+ Ví dụ về chất bán dẫn loại p: tinh thể Gecmani pha tạp Boron, Silicon pha tạp Gallium.

- Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm): Được sử dụng khi độ dẫn của nó cao hơn hoặc có một lượng lớn các điện tử tự do. Đặc điểm của chất bán dẫn loại n:

+ Trong chất bán dẫn loại n, việc pha tạp sẽ được thực hiện với tạp chất từ nhóm thứ năm trong bảng tuần hoàn.

+ Tạp chất trong bán dẫn loại n được gọi là tạp chất cho.

+ Mỗi nguyên tử tạp chất để lại một điện tử tự do trong tinh thể.

+ Tính dẫn điện là do electron tự do.

+ Khi một hiệu điện thế được đặt trên các chất bán dẫn loại n, các electron chuyển từ đầu âm sang đầu dương.

+ Trong chất bán dẫn loại n, các electron là vật mang điện tích chính.

+ Ví dụ chất bán dẫn loại n: tinh thể Gecmani pha tạp chất Photpho, pha tạp Asen.

4. Ứng dụng của chất bán dẫn

Chất bán dẫn được sử dụng trong việc chế tạo các thiết bị điện tử khác nhau như mạch tích hợp và điốt, bóng bán dẫn, con chip điện tử, linh kiện và máy tính. Các thiết bị này có hiệu quả, độ tin cậy cao, chi phí thấp, sử dụng dễ dàng, tiết kiệm điện. Có một số chất bán dẫn thường được sử dụng là Germanium, Silicon, Tellurium, Thiếc và các oxit kim loại khác nhau.

Semiconductor được sử dụng trong các thiết bị cảm biến quang học, điện, bộ phát ánh sáng (bao gồm laser thể rắn), pin mặt trời. Trong tương lai, các nhà khoa học mong rằng chúng sẽ được đưa vào sản xuất trong các thiết bị điện tử như các thiết bị giao tiếp, xử lý dữ liệu hoặc dùng trong điều khiển công nghiệp,...

Đồng thời, các semiconductor có các yếu tố năng lượng nhiệt điện lớn, được đưa vào chế tạo máy phát điện, bộ làm mát nhiệt điện.

Trên đây là những thông tin khái quát về semiconductor - chất bán dẫn. Mong rằng các bạn đã hiểu semiconductor là gì, các loại chất bán dẫn và ứng dụng của chúng trong cuộc sống. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết, mình sẽ cố gắng mang những thông tin hữu ích đến các bạn trong những bài tiếp theo.