Chất bán dẫn là vật liệu có tính chất điện đặc biệt khi vừa có thể dẫn hoặc cách điện. Có hai loại chất bán dẫn được sử dụng phổ biến trong các linh kiện điện tử là chất bán dẫn p và n. Bài viết này sẽ đưa ra cái nhìn tổng quan về chất bán dẫn loại p và so sánh nó với chất bán dẫn loại n.
Chất bán dẫn loại p là gì?
Chất bán dẫn bao gồm hai loại chính là chất bán dẫn tinh khiết và pha tạp chất. Chất bán dẫn loại p là một trong hai loại chất bán dẫn pha tạp chất quan trọng. Sự góp mặt của chất bán dẫn loại p có ý nghĩa rất lớn trong ngành chế tạo thiết bị điện tử hiện đại.
Khái niệm chất bán dẫn loại p
Chất bán dẫn loại p là chất bán dẫn không mang điện nhưng có khả năng dẫn điện. Chúng được tạo ra nhờ sự pha trộn của các nguyên tố nhóm III như boron, nhôm,… trên nền chất bán dẫn tinh khiết như silicon hay germanium. Sau khi kết hợp với nhau, một lượng lỗ trống dư mang điện tích dương sẽ được sinh ra khiến bán dẫn p có khả năng dẫn điện.
Cấu trúc chất bán dẫn loại p
Nếu chọn silic làm thành phần chính và boron làm tạp chất thì quá trình hình thành cấu trúc của bán dẫn loại p sẽ diễn ra như sau:
- Liên kết nguyên tử: Khi pha trộn hai nguyên tử này với nhau, mỗi nguyên tử boron sẽ liên kết với 3 nguyên tử silicon. Boron có hóa trị 3 nên chỉ có 3 electron có thể liên kết với các nguyên tử silicon có hóa trị 4. Silicon cần 4 electron để cân bằng nên từ đó sẽ dư ra một lỗ trống.
- Sự hình thành lỗ trống: Các lỗ trống mang điện tích dương. Khi chịu tác dụng của điện trường, các lỗ trống sẽ di chuyển về phía cực âm, tạo ra dòng điện.
Thuộc tính của bán dẫn loại p
Với những đặc điểm về cấu trúc như trên, chất bán dẫn loại p có các thuộc tính nổi bật như sau:
Đặc điểm điện
Mức độ dẫn điện của bán dẫn loại p phụ thuộc vào lượng nguyên tử hóa trị III được pha vào bán dẫn tinh khiết. Có thể nói hai yếu tố này tỉ lệ thuận với nhau. Nếu muốn tăng khả năng dẫn điện thì chỉ cần sử dụng nguyên tử pha tạp nhiều hơn. Trong môi trường điện trường, bán dẫn loại p có khả năng dẫn điện tốt hơn bán dẫn loại n.
Ứng dụng trong linh kiện điện tử
Cũng giống như bán dẫn loại n, bán dẫn loại p được sử dụng để chế tạo ra điốt, transistor và các linh kiện điện tử quan trọng khác. Khi hai loại bán dẫn này kết hợp với nhau sẽ tạo thành điốt có chức năng điều chỉnh dòng điện chạy theo một chiều cố định.
So sánh giữa bán dẫn loại p và loại n
Bán dẫn loại p và n đều có khả năng dẫn điện nhưng cơ chế hoạt động và thuộc tính có những điểm khác nhau. Chính sự bù trừ này đã tạo điều kiện cho con người sáng tạo và chế tạo ra đa dạng các thiết bị khác nhau.
Nguyên lý dẫn điện
Chất bán dẫn loại p: Có khả năng dẫn điện nhờ vào các lỗ trống mang điện tích dương. Khi có điện trường, lỗ trống di chuyển về cực âm tạo ra dòng điện.
Chất bán dẫn loại n: Có khả năng dẫn điện nhờ vào các electron tự do mang điện tích âm. Khi có điện trường, electron di chuyển về cực dương tạo ra dòng điện.
Tính chất điện
Chất bán dẫn loại p: Khả năng dẫn điện của bán dẫn loại p thấp hơn n trong điều kiện thường.
Chất bán dẫn loại n: Khả năng dẫn điện tốt hơn nhất là khi có sự xúc tác của nhiệt độ.
Cấu trúc
Chất bán dẫn loại p: Sự mất cân bằng điện tích được tạo ra do sự kết hợp của bán dẫn tinh khiết và các nguyên tử nhóm III. Chất bán dẫn loại p bị dư thừa các lỗ trống mang điện tích dương.
Chất bán dẫn loại n: Sự mất cân bằng điện tích được tạo ra do sự kết hợp của bán dẫn tinh khiết và các nguyên tử nhóm V. Chất bán dẫn loại n bị dư thừa electron mang điện tích âm.
Tính ứng dụng
Chất bán dẫn loại p: Thường được sử dụng trong các thiết bị cần sự kiểm soát dòng điện tốt.
Chất bán dẫn loại n: Được sử dụng nhiều hơn trong các mạch điện lớn hơn hoặc cần ổn định hơn.
Phản ứng với nhiệt độ
Chất bán dẫn loại p: Không phản ứng nhanh bằng bán dẫn n. Chính vì thế trong môi trường nhiệt độ cao thì bán dẫn n sẽ hoạt động năng suất hơn.
Chất bán dẫn loại n: Có khả năng phản ứng nhanh nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ.
Mỗi loại chất bán dẫn có một đặc điểm và thế mạnh khác nhau. Dù là chất bán dẫn loại p hay n thì đều giữ vai trò then chốt trong tiến trình phát triển công nghệ hiện đại. Sự kết hợp hiệu quả của hai loại bán dẫn này chắc chắn còn đem lại nhiều thành tựu hơn nữa cho ngành công nghiệp điện tử và công nghệ thông tin trong tương lai.