Chất Bán Dẫn Là Gì? Vì Sao Nói Lớp Chuyển Tiếp P

Có lẽ các bạn đã quá quen với tên gọi chất bán dẫn nhưng vẫn chưa hiểu được đây là loại chất gì và nó có tác dụng ra sao với cuộc sống hiện nay, đặc biệt là trong các thiết bị điện. Để giải đáp thắc mắc đó hôm nay SEMICON sẽ cùng các bạn tìm hiểu và giải đáp các vấn đề xung quanh của vật liệu đặc biệt này.

1. Tìm hiểu chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay.

Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si).

Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor.

2. Phân loại chất bán dẫn

Để tăng cường khả năng dẫn điện của chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp, người ta tiến hành pha trộn bán dẫn tinh khiết với một nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn tạo ra hai loại bán dẫn chủ đạo dưới đây.

a/ Chất bán dẫn loại n, tạp chất Đô-no:

Chất bán dẫn loại n: là chất bán dẫn có hạt tải điện chủ yếu là electron. 

Tạp chất Đô-no: là sự pha tạp giữa bán dẫn tinh khiết nhóm 4 (Si, Ge …) có 4 electron lớp ngoài cùng với một nguyên tố có 5 electron ở lớp ngoài cùng (ví dụ như Phốtpho). Khi đó trong tạp chất bán dẫn Đô-no sẽ có mật độ các electron nhiều hơn lỗ trống.

Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative : âm ).

b/ Chất bán dẫn loại p, tạp chất Axepto:

Thế nào là chất bán dẫn loại p: là chất bán dẫn có hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống. 

Tạp chất A-xép-to: là sự pha tạp giữa bán dẫn tinh khiết nhóm 4 (Si, Ge …) có 4 electron ở lớp ngoài cùng với nguyên tố có 3 electron ở lớp ngoài cùng (ví dụ như Bo). Khi đó trong tạp chất bán dẫn A-xép-to sẽ có mật độ lỗ trống nhiều hơn electron.

Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si  thì 1  nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử  => trở thành lỗ trống ( mang điện dương)  và được gọi là chất bán dẫn P.

3. Dòng điện trong chất bán dẫn

Bán dẫn tinh khiết Si (silic). Mỗi nguyên tử Si có 4 electron ở lớp ngoài cùng liên kết các nguyên tử Si khác tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện ở điều kiện nhiệt độ thấp.

Mô hình liên kết của các nguyên tử Silic. Mỗi nguyên tử Si có 4 electron ngoài cùng tham gia vào liên kết với các nguyên tử Si ở bên cạnh. Ở điều kiện nhiệt độ thấp xung quanh mỗi nguyên tử Si ở lớp ngoài cùng có 8 electron => Si không dẫn điện vì không có hạt tải điện chuyển động cho dù được đặt trong điện trường.

Ở nhiệt độ cao, liên kết giữa các nguyên tử Si có thể bị phá vỡ vì chuyển động nhiệt, electron có thể tách khỏi liên kết để tạo thành electron tự do. Electron thoát khỏi liên kết “ra đi” để lại một khoảng trống trong liên kết giữa các phân tử Si (gọi tắt là lỗ trống)

Ở nhiệt độ cao, liên kết giữa các nguyên tử Si kém bền vững e có thể thoát ra tạo thành electron tự do đồng thời tạo ra lỗ trống.

Nếu nhiều liên kết bị đứt gãy dưới nhiệt độ cao sẽ có nhiều electron tự do và lỗ trống được tạo ra. Trong quá trình chuyển động nhiệt hỗn loạn, các electron tự do có thể chuyển động đến vị trí của lỗ trống lấp đầy nó tạo ra liên kết mới khiến các lỗ trống mới được tạo ra ở các vị trí khác nhau trong liên kết của các nguyên tử Si, hay nói cách khác electron tự do chuyển động cũng làm cho các lỗ trống này chuyển động theo.

Khi một electron đến lấp đầy lỗ trống => liên kết mới được hình thành không tạo ra bất kỳ điện tích dư thừa nào giống như e + (-e) =0 => các nhà vật lí học coi lỗ trống có điện tích là q=-e=+1,6.10-19C có tính chất giống như một hạt mang điện dương. Khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu chất bán dẫn các electron và lỗ trống sẽ chuyển động thành dòng ngược chiều nhau tạo ra dòng điện trong chất bán dẫn.

4. Ứng dụng chất bán dẫn hiện nay

Vì chất bán dẫn không được bày bán một cách phổ thông trong các cửa hàng giống như các thiết bị điện, nên nó có thể khó hình dung với nhiều người, nhưng trong thực tế, nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị hiện nay.

Ví dụ, cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn.

Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn.

Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu.

Không thể phủ nhận những lợi ích mà chất bán dẫn mang lại với con người hiện nay. Với sự xuất hiện của chất bán dẫn hiện nay đã đóng góp một phần không nhỏ trong quá trình phát triển các sản phẩm điện hiện nay.

5. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n

Tại lớp chuyển tiếp p – n, có sự khuếch tán electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và khuếch tán lỗ trống từ bán dẫn loại p sang bán loại n. khi electron gặp lỗ trống, chúng liên kết và một cặp electron và lỗ trống biến mất. Ở lớp chuyển tiếp p – n hình thành lớp nghèo (không có hạt tải điện).

Ở hai bên lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đono tích điện dương, ở về phía bán dẫn loại p có các axepto tích điện âm. Điện trở của lóp nghèo rất lớn.

 

6. Vì sao nói lớp chuyển tiếp p – n có tính chất chỉnh lưu?

Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì lớp nghèo có hạt tải điện và trở nên dẫn điện. Vì vậy sẽ có dòng điện chạy qua lớp nghèo từ miền p sang miền n (chiều thuận). Khi đảo chiều điện trường ngoài, dòng điện không thể chạy từ miền n sang miền p (chiều ngược). Ta nói lớp chuyển tiếp p – n có tính chất chỉnh lưu.

Ví dụ Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p–n. Vì dòng điện chủ yếu chỉ chạy qua điôt theo chiều từ p đến n, nên khi nối nó vào mạch điện xoay chiều, dòng điện cũng chỉ chạy theo một chiều. Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu nên được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành một chiều. 

 Bạn Có Đam Mê Với Vi Mạch hay Nhúng      -     Bạn Muốn Trau Dồi Thêm Kĩ Năng

Mong Muốn Có Thêm Cơ Hội Trong Công Việc

    Và Trở Thành Một Người Có Giá Trị Hơn

Bạn Chưa Biết Phương Thức Nào Nhanh Chóng Để Đạt Được ChúngHãy Để Chúng Tôi Hỗ Trợ Cho Bạn. SEMICON   

Hotline: 0972.800.931 - 0938.838.404 (Mr Long)