Chất bán dẫn có tác động rất lớn đến xã hội của chúng ta. Bạn sẽ tìm thấy chất bán dẫn trong nhiều thiết bị điện tử xung quanh chúng ta, chẳng hạn như: điện thoại, tivi, máy tính, v.v. Bất cứ thứ gì chuyển sang kỹ thuật số hoặc sử dụng sóng vô tuyến đều dựa vào chất bán dẫn.
Ngày nay, hầu hết các chip bán dẫn và bóng bán dẫn được làm bằng silicon. Bạn có thể đã nghe những thứ như “Thung lũng Silicon” và “nền kinh tế silicon” và đây là lý do tại sao – silicon là trung tâm của bất kỳ thiết bị điện tử nào.
Chất bán dẫn là gì
Chất bán dẫn là vật liệu có tính dẫn điện giữa chất dẫn điện (thường là kim loại) và chất không dẫn điện hoặc chất cách điện (chẳng hạn như hầu hết đồ gốm). Chất bán dẫn có thể là các nguyên tố tinh khiết, chẳng hạn như silic hoặc gecmani, hoặc các hợp chất, chẳng hạn như arsenide gali hoặc cadmium selenua. Trong một quá trình được gọi là pha tạp, một lượng nhỏ tạp chất được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết, gây ra những thay đổi lớn trong độ dẫn điện của vật liệu.
Do vai trò của chúng trong việc chế tạo các thiết bị điện tử, chất bán dẫn là một phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Hãy tưởng tượng cuộc sống mà không có thiết bị điện tử. Sẽ không có radio, không có TV, không có máy tính, không có trò chơi video và những thiết bị chẩn đoán y tế hiện đại. Mặc dù nhiều thiết bị điện tử có thể không phụ thuộc vào chất bán dẫn, nhưng sự phát triển trong công nghệ bán dẫn trong 50 năm qua đã làm cho các thiết bị điện tử nhỏ hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.
Chất bán dẫn của Anh là gì?
Trong tiếng Anh, chất bán dẫn được gọi là chất bán dẫn. Chúng ta thường bắt gặp từ này trong các bản tin công nghệ tiếng Anh. Và cũng có một số công ty chuyên về chất bán dẫn ở Việt Nam, chẳng hạn như chất bán dẫn …
Chất bán dẫn tinh khiết là gì? Chất bán dẫn tinh khiết là gì
Chất bán dẫn tinh khiết hoặc chất bán dẫn tinh khiết là chất bán dẫn không pha tạp chất, thường là chất bán dẫn tinh khiết như silicon hoặc germani. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh chóng. Hệ số nhiệt điện trở là âm.
Trong chất bán dẫn tinh khiết, có số electron và số lỗ trống bằng nhau. Và độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết tăng khi nhiệt độ tăng.
chất bán dẫn loại p
Chất bán dẫn loại p xảy ra khi các tạp chất như boron chỉ có ba electron ở lớp vỏ hóa trị. Khi được kết hợp với một lượng nhỏ trong tinh thể, nguyên tử này có thể liên kết với bốn nguyên tử silicon, nhưng vì nó chỉ có ba điện tử để cung cấp, một lỗ trống được tạo ra. Lỗ trống này hoạt động giống như một điện tích dương, vì vậy chất bán dẫn được pha tạp chất theo cách này được gọi là chất bán dẫn loại p.
Giống như một điện tích dương, lỗ trống thu hút các điện tử. Nhưng khi một electron di chuyển vào một lỗ, electron sẽ để lại một lỗ mới ở vị trí trước đó. Do đó, trong chất bán dẫn loại P, các lỗ liên tục di chuyển xung quanh bên trong tinh thể khi các electron liên tục cố gắng lấp đầy chúng.
Khi một điện áp được đặt vào chất bán dẫn loại n hoặc loại p, dòng điện chạy như trong chất dẫn thông thường: mặt âm của điện áp đẩy các electron và mặt dương kéo chúng. Do đó, chuyển động ngẫu nhiên của các electron và lỗ trống, luôn có trong chất bán dẫn, tổ chức theo một hướng, dẫn đến dòng điện có thể đo được.
chất bán dẫn loại n
Chất bán dẫn loại n: Các tạp chất được tạo ra khi một nguyên tố có năm electron trong lớp vỏ hóa trị của nó. Phốt pho thường được sử dụng cho mục đích này.
Các nguyên tử phốt pho tham gia ngay vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử liên kết với bốn nguyên tử silicon liền kề giống như một nguyên tử silicon muốn. Do nguyên tử phốt pho có năm electron trong vỏ hóa trị của nó, nhưng chỉ có bốn trong số chúng được liên kết với các nguyên tử lân cận, nên electron hóa trị thứ năm bị bỏ lại không có gì để liên kết.
Các điện tử hóa trị đặc biệt trong nguyên tử phốt pho bắt đầu hoạt động giống như các điện tử hóa trị đơn trong các chất dẫn điện phổ biến như đồng. Họ có thể di chuyển tự do ở bất cứ đâu. Vì chất bán dẫn này có thừa điện tử nên nó được gọi là chất bán dẫn loại n.
Đặc điểm của chất bán dẫn
Một số đặc tính bán dẫn mà chúng ta có thể thảo luận được thảo luận bên dưới.
Độ dẫn biến đổi
Chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên của chúng là chất dẫn điện kém vì dòng điện yêu cầu các electron chạy qua, và chất bán dẫn có vùng hóa trị được lấp đầy ngăn cản toàn bộ dòng chảy của các electron mới. Có nhiều kỹ thuật để làm cho vật liệu bán dẫn hoạt động giống như vật liệu dẫn điện, chẳng hạn như pha tạp hoặc gating. Các kỹ thuật này tạo ra hai kết quả: kiểu n và kiểu p. Chúng đề cập đến sự thừa hoặc thiếu electron, tương ứng. Số lượng electron không cân bằng gây ra dòng điện chạy qua vật liệu.
Dị thể trong chất bán dẫn là gì
Sự không đồng nhất xảy ra khi hai vật liệu bán dẫn pha tạp chất khác nhau được kết hợp với nhau. Ví dụ, một cấu hình có thể bao gồm gecmani pha tạp p và gecmani pha tạp n. Điều này dẫn đến sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa các vật liệu bán dẫn pha tạp chất khác nhau. Gecmani pha tạp n sẽ có quá nhiều điện tử, trong khi gecmani pha tạp chất p sẽ có quá nhiều lỗ trống. Sự chuyển đổi này xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng thông qua một quá trình gọi là tái tổ hợp, quá trình này đưa các điện tử di chuyển từ loại n đến tiếp xúc với các lỗ trống di chuyển từ loại p. Sản phẩm của quá trình này là các ion tích điện, tạo ra điện trường.
Các electron bị kích thích
Sự khác biệt về điện thế giữa vật liệu bán dẫn có thể khiến nó rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt và trở nên mất cân bằng. Điều này đưa các electron và lỗ trống vào hệ thống, nơi chúng tương tác thông qua một quá trình gọi là sự khuếch tán môi trường xung quanh. Bất cứ khi nào cân bằng nhiệt trong vật liệu bán dẫn bị xáo trộn, số lượng lỗ trống và electron thay đổi. Sự gián đoạn này có thể xảy ra do chênh lệch nhiệt độ hoặc các photon, có thể xâm nhập vào hệ thống và tạo ra các điện tử và lỗ trống. Quá trình tạo ra và phá hủy các electron và lỗ trống được gọi là quá trình tạo và tái tổ hợp.
Phát sáng
Trong một số chất bán dẫn, các electron bị kích thích hoạt động bằng cách phát ra ánh sáng chứ không phải tạo ra nhiệt. Những chất bán dẫn này được sử dụng để chế tạo điốt phát quang và chấm lượng tử huỳnh quang.
Độ dẫn nhiệt cao
Chất bán dẫn có độ dẫn nhiệt cao có thể được sử dụng để tản nhiệt và cải thiện việc quản lý nhiệt của các thiết bị điện tử.
Chuyển đổi nhiệt năng
Chất bán dẫn có hệ số nhiệt điện lớn, có thể được sử dụng trong máy phát nhiệt điện và hệ số nhiệt điện cao, có thể được sử dụng trong bộ làm mát nhiệt điện.
p>
Có bao nhiêu chất bán dẫn
Silic tinh thể được biết đến là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất trong lĩnh vực vi điện tử và quang điện.
Nhưng vẫn còn một số lượng lớn chất bán dẫn, nguyên tố và hợp chất có đặc tính bán dẫn, bao gồm:
- Bán dẫn nhóm IV, (c, si, ge, sn)
- Bán dẫn phức hợp nhóm IV
- Bán dẫn nhóm IV, (s, se, te)
- Chất bán dẫn III-v: các tinh thể có độ phân cực cao, hầu hết chúng có thể thu được là loại n và loại p. Nhiều loại có khả năng truyền dẫn cao và khoảng cách năng lượng trực tiếp, làm cho chúng hữu ích trong quang điện tử.
- Chất bán dẫn II – VI: thường là loại p, ngoại trừ ZnTe và ZnO là loại n
- Chất bán dẫn nhóm I – VII
- Chất bán dẫn IV – VI
- Chất bán dẫn nhóm V – VI
- Chất bán dẫn II – V
- Chất bán dẫn nhóm I-III-VI
- Ôxít
- Màng mỏng bán dẫn
- Chất bán dẫn từ
- Chất bán dẫn hữu cơ làm bằng các hợp chất hữu cơ
- Tổ hợp chuyển phí
- Một số khác
Vật liệu bán dẫn là gì
Vật liệu bán dẫn có độ dẫn điện nằm giữa độ dẫn điện (chẳng hạn như đồng) và chất cách điện (chẳng hạn như thủy tinh). Điện trở của nó giảm khi nhiệt độ tăng; kim loại thì ngược lại. Tính chất dẫn điện của nó có thể bị thay đổi bằng cách đưa các tạp chất (“doping”) vào cấu trúc tinh thể. Bởi vì các đặc tính điện của vật liệu bán dẫn có thể bị thay đổi bằng cách pha tạp, hoặc bằng cách sử dụng điện trường hoặc ánh sáng. Các thiết bị làm bằng chất bán dẫn có thể được sử dụng để khuếch đại và chuyển đổi năng lượng.
Vật liệu bán dẫn được sử dụng trong các thiết bị điện tử được pha tạp trong các điều kiện chính xác để kiểm soát nồng độ và vùng của các dẫn xuất loại p và n. Một tinh thể bán dẫn đơn có thể có nhiều vùng loại p và loại n; các kết nối giữa các vùng này chịu trách nhiệm cho các tương tác electron hữu ích.
Một số tính chất của vật liệu bán dẫn đã được nghiên cứu trong suốt giữa thập kỷ 19 và thế kỷ 20. Ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn trong điện tử là máy dò radio, diode bán dẫn đã được sử dụng trong các máy thu radio đầu tiên. Sự phát triển trong vật lý lượng tử lần lượt dẫn đến sự phát triển của bóng bán dẫn vào năm 1947, mạch tích hợp vào năm 1958 và MOSFET (bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại) vào năm 1959.
Pha tạp chất bán dẫn là gì?
Độ dẫn điện của chất bán dẫn có thể dễ dàng thay đổi bằng cách đưa các tạp chất vào mạng tinh thể. Quá trình thêm các tạp chất được kiểm soát vào chất bán dẫn được gọi là pha tạp. Lượng tạp chất thêm vào chất bán dẫn tinh khiết thay đổi, do đó làm thay đổi độ dẫn điện của nó.
Ví dụ: Bán dẫn tinh khiết Silicon có bốn electron hóa trị; liên kết từng nguyên tử silicon với xung quanh. Trong silicon, các chất dẫn xuất phổ biến nhất là các nguyên tố nhóm III và nhóm V. Tất cả các nguyên tố nhóm III đều chứa ba electron hóa trị. Khiến chúng hoạt động như các chất nhận khi được sử dụng để khử silicon. Khi một nguyên tử chấp nhận thay thế một nguyên tử silicon trong tinh thể. Một trạng thái trống (một “lỗ” điện tử) được tạo ra; có thể di chuyển xung quanh mạng và hoạt động như một hạt mang điện. Các nguyên tố nhóm V có năm electron hóa trị, cho phép chúng hoạt động như một chất cung cấp; thay thế các nguyên tử này cho silic tạo ra thêm một electron tự do. Do đó, một tinh thể silicon pha tạp boron tạo ra chất bán dẫn loại P; trong khi người ta pha tạp photpho tạo ra vật liệu loại N.
Trong quá trình sản xuất, dẫn xuất có thể khuếch tán vào thân chất bán dẫn. Bằng cách tiếp xúc với hợp chất khí của nguyên tố mong muốn; hoặc cấy ion có thể được sử dụng để định vị chính xác các vùng được pha tạp chất.
Ứng dụng bán dẫn trong cuộc sống hàng ngày
Nhắc đến từ bán dẫn, có lẽ không nhiều người hình dung được nó là gì? Họ ít biết điều này; các thiết bị điện tử xung quanh họ có các thành phần bán dẫn. Vậy hãy cùng xem chất bán dẫn có trong các thiết bị xung quanh chúng ta nhé!
Chất bán dẫn trong cuộc sống của chúng ta tồn tại dưới dạng các thành phần hoàn chỉnh. Họ có các chức năng và trách nhiệm khác nhau. Chúng hoạt động cùng nhau, lắp ráp và liên kết với nhau để tạo thành bảng mạch điện tử. Giới thiệu các thiết bị đáp ứng nhu cầu của con người; ví dụ: ti vi phát hình ảnh và âm thanh để giải trí; tủ lạnh giúp giữ thực phẩm tươi lâu hơn; máy tính hoặc máy tính xách tay giúp chúng ta học tập và làm việc; tồn tại chất bán dẫn để giúp chúng ta giao tiếp và giải trí trên điện thoại. ..
Trong công nghiệp, chất bán dẫn giúp tạo nên những thiết bị điện như:
- Rơ le bán dẫn
- Linh kiện bán dẫn
- Bóng bán dẫn
- Điốt bán dẫn
- Các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, chất lỏng Cảm biến mức,…
- Bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ chuyển đổi dòng, plc, bộ biến tần…
Bài viết này cung cấp cho bạn thông tin chi tiết về chất bán dẫn là gì. Mình hi vọng nó sẽ hữu ích với các bạn đang tìm hiểu và học hỏi về linh kiện bán dẫn.
Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp và chia sẻ của các bạn. Cảm ơn!