Chất bán dẫn góp mặt trong rất nhiều linh kiện điện tử. Chúng là thành phần cơ bản nhưng thiết yếu tạo nên các thiết bị hằng ngày chúng ta vẫn dùng. Có thể bạn vẫn chưa biết đến loại vật liệu đặc biệt này. Vậy, hãy cùng tìm hiểu khái niệm chất bán dẫn và các loại chất bán dẫn phổ biến hiện nay nhé!
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn là một loại vật liệu có tính chất đặc biệt khi vừa có khả năng dẫn điện và đồng thời là cách điện. Chúng chỉ có khả năng dẫn điện trung gian tuy nhiên có thể linh hoạt điều chỉnh trong các điều kiện nhiệt độ, ánh sáng,… khác nhau. Nhờ những đặc điểm nổi bật này chúng được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các thiết bị điện tử hiện đại.
Các loại chất bán dẫn phổ biến
Có rất nhiều loại chất bán dẫn khác nhau. Mỗi loại chất có tính chất và khả năng dẫn điện không giống nhau. Căn cứ vào thành phần của chất bán dẫn, có thể chia thành các loại chính sau:
Chất bán dẫn tinh khiết
Đây là các chất bán dẫn nguyên chất, không pha trộn với bất kỳ tạp chất nào. Silicon và germanium là hai chất bán dẫn tinh khiết phổ biến nhất. Tuy chất bán dẫn tinh khiết có cấu trúc tinh thể đồng nhất nhưng khả năng dẫn điện của chúng không tốt lắm.
Chất bán dẫn pha tạp chất
Để cải thiện khả năng dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết, các tạp chất được pha vào để tạo thành chất bán dẫn pha tạp chất. Các tạp chất trên chủ yếu là các nguyên tố loại III hoặc V. Dựa vào loại nguyên tố được cho thêm vào, chất bán dẫn này lại được chia ra làm 2 loại nhỏ:
Chất bán dẫn loại p
Bán dẫn loại p được tạo nhờ cho thêm nguyên tố loại III vào chất bán dẫn tinh khiết, thường là boron hoặc gallium. Do không thể trung hòa về điện, các chất bán dẫn loại p bị dư ra rất nhiều lỗ trống mang điện tích dương. Tuy chất bán dẫn loại p không mang điện tích nhưng chúng có khả năng dẫn điện.
Chất bán dẫn loại n
Khi tạp chất là nguyên tố loại V ví dụ như phốt pho hay arsenic sẽ tạo thành chất bán dẫn loại n. Sự mất cân bằng sau quá trình liên kết điện tích khiến các electron tự do bị dư ra. Đây là điều kiện hình thành khả năng dẫn điện của chất bán dẫn loại n và đồng thời chúng cũng mang điện tích âm.
So sánh chất bán dẫn loại p và n
Cả hai loại bán dẫn p và n đều có khả năng dẫn điện tuy nhiên giữa chúng vẫn tồn tại những điểm khác biệt. Một vài khác biệt điển hình như:
- Cấu trúc: Bán dẫn p có các lỗ trống mang điện tích dương bị dư ra nhưng không làm loại bán dẫn này mang điện. Bán dẫn n mang điện tích âm vì các electron tự do bị dư ra.
- Nguyên lý dẫn điện: Trong môi trường điện trường bán dẫn p và n có nguyên lý trái ngược nhau. Bán dẫn p có lỗ trống dư ra sẽ di chuyển về cực âm để tạo ra dòng điện. Ở bán dẫn n, các electron tự do di chuyển về cực dương tạo dòng điện.
- Tính dẫn điện: Nếu xét ở điều kiện thông thường, bán dẫn p có khả năng dẫn điện kém hơn bán dẫn n. Khi nhiệt độ cao, bán dẫn n thậm chí còn dẫn điện tốt hơn rất nhiều.
Ứng dụng của chất bán dẫn trong công nghệ
Những tính chất đặc biệt của chất bán dẫn giúp chúng có tính ứng dụng cao trong việc chế tạo ra các thiết bị điện tử. Một vài linh kiện điện tử có sử dụng chất bán dẫn có thể kể đến như:
Điốt
Chất bán dẫn p và n kết hợp với nhau tạo thành điốt có chức năng cho dòng điện đi qua theo một chiều cố định. Có thể dễ dàng bắt gặp loại điốt này ở các biển báo giao thông, đèn pin, màn hình LED của tivi,… (điốt phát quang).
Transistor
Transistor được sử dụng nhiều trong các thiết bị có chức năng khuếch tán tín hiệu điện như radio, máy tính,… Chúng được xem là thành phần cơ bản trong các bản mạch điện tử.
Cảm biến
Với tính chất nhạy cảm với nhiệt độ và ánh sáng, chất bán dẫn được ứng dụng để tạo ra các loại cảm biến. Chúng giúp thu thập dữ liệu và điều khiển các thiết bị điện tử.
Pin mặt trời
Chất bán dẫn được sử dụng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời trở thành điện năng. Trong thành phần sản xuất ra pin mặt trời, silicon là vật liệu phổ biến nhất.
Mạch tích hợp (IC)
Mạch tích hợp là sự kết hợp của rất nhiều các linh kiện bán dẫn khác. Sự kết hợp này giúp tối ưu hiệu quả hoạt động cho các thiết bị như điện thoại di động, máy tính bảng,…
Các loại chất bán dẫn có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất ra các thiết bị điện tử hiện đại, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Việc hiểu rõ tính chất và đặc trưng của các loại chất bán dẫn là tiền đề để phát triển hơn nữa ngành điện tử trong tương lai.