Chất bán dẫn là gì ? Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên các chất bán dẫn như thế nào ?
Chất bán dẫn được xem như một đề tài được bạn đọc quan tâm khá nhiều. Đặc biệt các vấn đề liên quan đến bản chất dòng điện và dòng lưu thông các hạt tải điện trong các chất bán dẫn hiện nay
Gali arsenide, germani và silicon, pin năng lượng mặt trời; diot đều là những chất bán dẫn thông dụng tiềm tàng trong đời sống sản xuất
Hoặc ví dụ trên các điện thoại, máy tính, thiết bị truyền hình tivi, radio….. có hàng triệu; thậm chí hãng tỷ bóng bán dẫn
Hoặc các thiết bị công nghiệp như cảm biến nhiệt độ pt100, đồng hồ lưu lượng, cảm biến áp suất hay công tắc nhiệt …… đều tích hợp khá nhiều loại bóng bán dẫn này
Đối với các vi mạch điện, chíp điện tử thì chất bán dẫn được thiết kế nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện; có tác dụng ngăn cả dòng điện đi qua hoặc truyền tải dòng điện trong các thiết bị điện tử
Vậy câu hỏi đặt ra: Chất bán dẫn là gì ? Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn có gì đặc biệt ? Cấu tạo và nguyên lý vận hành của nó ra sao ? Chất bán dẫn có các tính chất đặc biệt như thế nào ?…..
Để biết được thế nào là chất bán dẫn ? Và chúng có bao nhiêu loại ! Anh em có thể tham khảo bài chia sẻ này
Chất bán dẫn là gì
Chất bán dẫn hay còn gọi là bóng bán dẫn tiếng anh người ta gọi semiconductors, một loại hợp chất trung gian sinh ra trong các ứng dụng dẫn điện tích hợp từ các hạt tải điện hoặc cách ly điện.
Chất bán dẫn tinh khiết hoạt động theo nguyên lý sự tác động của lượng nhiệt. Tức là khi nhiệt độ tăng electron liên kết sẽ di chuyển tạo sự va chạm tạo ra các phân tử electron tự do không liên kết faay nên các lỗ trống
Sự xuất hiện của các lỗ trống kết hợp sự di chuyển linh hoạt của các phần tử electron tạo nên các hạt mang điện tính âm dương với số lượng phủ đều tạo nên quá trình dẫn điện trong chất bán dẫn
Ví dụ chất bán dẫn tinh khiết như Gecmani, Silicon… đây là những chất bán dẫn thông dụng trong đời sống
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chất bán dẫn tinh khiết
Ở nhiệt độ tương đối theo nhiệt độ kelvin thì sự liên kết giữa các phần tử trong chất bán dẫn luôn chặt chẽ khó xảy ra đứt liên kết phần tử nên electron tự do sẽ không xuất hiện tạo nên một loại chất bán dẫn không dẫn điện
Hình ảnh trên mô tả khi có sự tác động của nhiệt độ vào chất bán dẫn tinh khiết tác động đến điện trở sản sinh dòng điện phát sáng đèn. Trong khi; ánh đầu không có nhiệt độ làm cho bóng đèn không sáng do không có dòng điện chạy qua
Riêng về môi trường nhiệt độ tuyệt đối thì nhiệt độ tăng electron tự do nhảy vào vùng dẫn kết hợp lỗ trống tạo nên chất bán dẫn có độ dẫn điện kém đi. Lý do sự tác động của lượng nhiệt gây nên sự ion hoá nguyên tử trong mạng lưới chất bán dẫn
Dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết như thế nào ?
Đối với chất bán dẫn dạng tinh khiết thì tổng dòng điện tổng sản sinh sẽ bằng dòng điện electron kết hợp dòng điện lỗ trống vận hành tạo nên
Công thức như sau:
[I] = I e + I h
Trong đó:
- I dòng điện tổng chất bán dẫn
- I e Dòng điện do electron cọ xát tạo nên
- I h Dòng điện lỗ trống
Chất bán dẫn loại N là gì
Chất bán dẫn loại N hay còn gọi là chất bán dẫn không tinh khiết có khả năng sinh hạt điện tử mang điện tích âm. Đây là sự pha trộn giữa các chất bán dẫn tinh khiết như Gecmani, Silicon với phosphorus, arsenic, antimony, bismuth
Do vậy; cấu tạo của chất bán dẫn N nó rất đặc biệt vì đây là một liên kết phân tử electron phủ kín nên về nguyên tắc sự liên kết bán dẫn này sẽ làm dư ra 1 electron tự do so với các liên kết khác
Việc electron tự do tăng số lượng và di chuyển luân phiên trong cấu tạo liên kết phân tử của chất bán dẫn N do quá trình kết hợp các tạp chất khi chế tạo làm điện tích âm tăng
Chất bán dẫn loại P là gì
Chất bán dẫn loại P là từ viết tắt tiếng anh positive Semiconductor có sự kết hợp giữa 3 điện tử electron hoá trị của tạp chất [ B, Al, In, Ga ] với 4 điện tử electron chất bán dẫn tinh khiết tạo nên các hạt điện tử mang điện tích dương [ lỗ trống ] gây nên sự bất động ion âm
Đặc tính của chất bán dẫn loại P chính là sự gia tăng và vận hành các ion dương xung quanh các inox âm cố định tạo nên một loại chất bán dẫn có tính dẫn điện
So sánh chất bán dẫn N và P
Điểm giống nhau giữa các loại chất bán dẫn N và P chính là những bán dẫn có tính chất điện thông qua sự vận hành phân tử electron tạo nên dòng điện trong kim loại và không có tính chất cách điện, tinh thể tạo nên chủ yếu là silicon
Điểm khác biệt:
| Chất bán dẫn loại N | Chất bán dẫn loại P |
| Sự gia tăng electron tự do [ Ion âm ] | Sự gia tăng số lượng các lỗ trống [ Ion dương ] |
| 5 điện tử electron hoá trị + 4 điện tử electron tinh khiết | 3 điện tử electron hoá trị + 4 điện tử electron tinh khiết |
Bài tập chất bán dẫn tinh khiết, N, P
So sánh sự khác biệt giữa các loại chất bán dẫn tinh khiết với các chất bán dẫn N,P ?
| Chất bán dẫn tinh khiết | Bán dẫn N-P |
| Hạt điện tử electron bằng số lượng ion dương [ lỗ trống ] | Số lượng điện tử electron lệch so với ion dương [ lỗ trống ] |
| Gần như không có tính năng dẫn điện | Mức độ dẫn điện cao, tuỳ thuộc vào lượng tạp chất |
| Không dung hoà các tạp chất khác | Sự kết hợp tạp chất hoá trị 3, hoá tị 5 với bán dẫn tinh khiết |
| Luôn luôn phụ thuộc vào lượng nhiệt tác động | Phụ thuộc nhiệt độ + lượng tạp chất |
Tìm số hạt tải điện trong chất bán dẫn tinh khiết kích thước như nhau. Biết điện tử electron dẫn là 12*10 25 m 3
Đáp án:
Đối với chất bán dẫn tinh khiết thì hạt tải điện ion âm và hạt tải điện ion dương luôn bằng nhau Ne [ Điện tử electron ] = Nh [ lỗ trống ] = 12*10 25 m 3
Vì vậy công thức tính tổng mât độ hạt tải điện bao phủ trong chất bán dẫn này sẽ bằng Ne + Nh = 12*10 25 m 3 + 12*10 25 m 3 = 24*10 25 m 3
Số hạt tải điện trong chất bán dẫn ở thời điểm hiện tại sẽ là= [24 × 10 25m 3 ] × [10 -2 m × 10 -2 m × 10 -3 m] = 24 × 10 18
Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ
Đối với các chất bán dẫn thì trong cấu tạo phân làm 2 vùng bao gồm vùng dẫn lỗ trống và vùng hoá trị
Khi ở nhiệt độ Zero Kelvin người ta đã minh chứng được không có các hạt điện tử vùng hoá trị lấn sang vùng dẫn
Nhưng đối với chất bán dẫn ở nhiệt độ phòng thì một số hạt điện tử electron tự do sẽ đan xen qua vùng dẫn
Chính vì vậy; độ dẫn điện các các chất bán dẫn cũng khác nhau là do một trong những nguyên nhân trên
Câu hỏi trắc nghiệm thảo luận ví dụ về đặc tính chất bán dẫn
Chất bán dẫn loại P có hạt tải điện chính là gì ?
A: Các hạt điện tử Ion dương
B: Các hạt điện tử ion âm
C: Cả A và B
Chất bán dẫn P có đặc điểm nào sau đây
A: Có sự kết hợp tạp chất hoá trị 3 với 4 hạt tử electron
B: Sự kết hợp tạp chất 5 hoá trị liên kết với 4 electron
C: Cả A và B đều sai
Chất bán dẫn phụ thuộc vào yếu tố nào ?
A: Nhiệt độ
B: Áp suất
C: Đường đi của electron
D: Tất cả đều sai
Silic là kim loại hay phi kim ?
A: Silic là phi kim một loại chất bán dẫn tinh khiết hay còn gọi là silicon
B: Là kim loại
C: Không xác định
Cấu tạo chất bán dẫn bao gồm :
A: Hạt tử electron
B: Các tạp chất hoá trị B, Al, In, Ga, Gecmani, arsenic, antimony, bismuth
C: Silicon
D: Cả A, B, C