Chất Bán Dẫn Là Gì? Cấu Trúc, Tính Chất Và Ứng Dụng Của Chất Bán Dẫn

Trong thế giới của công nghệ hiện đại, chất bán dẫn đã trở thành yếu tố quan trọng & không thể thiếu, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Vậy thực chất chất bán dẫn là gì? Mời bạn cùng atscada.net tìm hiểu rõ hơn trong nội dung bài viết dưới đây nhé!

Chất bán dẫn là gì? 

Theo Wikipedia: Chất bán dẫn (Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện & chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như 1 chất cách điện ở nhiệt độ thấp & có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau sẽ tạo tính bán dẫn khác nhau. Hai chất bán dẫn khác nhau được gắn với nhau tạo ra 1 lớp tiếp xúc. Tính chất của các hạt mang điện electron, các ion & lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc là cơ sở để tạo nên điốt, bóng bán dẫn & các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay. 

Trong thập kỷ 1800, khi công nghiệp hóa mới bắt đầu, các nhà khoa học đã phát hiện ra 1 số vật liệu dưới điều kiện nhất định có thể dẫn điện. Một trong những phát minh ban đầu là sự thay đổi khả năng dẫn điện của 1 số vật liệu khi nhiệt độ biến đổi. Ví dụ như: Selenium dưới ánh sáng cho thấy khả năng dẫn điện tốt hơn. Có thể nói, những nghiên cứu & thí nghiệm này đã đặt nền móng cho sự hiểu biết về Semiconductor trong tương lai.

Cấu trúc & Tính chất của chất bán dẫn 

Cấu trúc nguyên tử

Các chất bán dẫn như Silicon (Si) hay Germanium (Ge) có cấu trúc nguyên tử đặc biệt. Các electron ở lớp vỏ ngoài cùng còn được gọi là electron hóa trị có khả năng dẫn điện. Ở trạng thái tự nhiên, các electron liên kết với nhau tạo thành cấu trúc lưới tinh thể ổn định. 

Tính chất vật lý

Khi nhiệt độ tăng, các electron hóa trị sẽ nhận năng lượng & di chuyển ra khỏi vị trí ban đầu, tạo thành các electron tự do & giúp chất bán dẫn dẫn điện.

Tính chất hóa học

Semiconductor có khả năng hấp thụ các nguyên tử ngại lai, quá trình này được gọi là “làm độc”. Quá trình làm độc giúp tăng cường & điều chỉnh tính chất dẫn điện của chất bán dẫn. Ví dụ như việc thêm các nguyên tử Photpho vào Silicon sẽ tạo thành chất bán dẫn loại n, ngược lại khi thêm nguyên tử bor sẽ tạo thành chất bán dẫn loại n. 

Phân loại chất bán dẫn (Semiconductor)

Hiện nay, chất bán dẫn được chia thành 2 loại, cụ thể đó là:

Chất bán dẫn tinh khiết

Chất bán dẫn tinh khiết hay chất bán dẫn thuần là chất bán dẫn không có tạp chất, điển hình phải kể đến Silicon & Germanium (chất bán dẫn nguyên tố nhóm IV). Mỗi nguyên tử của nguyên tố nhóm IV ở lớp ngoài cùng có 4 electron liên kết với các nguyên tử Si bằng liên kết cộng hóa trị, tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện trong kiện nhiệt độ thấp. 

• Điện trở suất của Semiconductor rất cao khi ở nhiệt độ thấp & giảm nhanh khi nhiệt độ tăng
• Độ dẫn điện của chất bán dẫn thuần tỷ lệ thuận với nhiệt độ
• Hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn tinh khiết có giá trị âm

Chất bán dẫn lẫn tạp chất

Chất bán dẫn loại P hay chất bán dẫn dương Positive có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, xảy ra khi tạp chất như boron chỉ có 3 electron trong lớp vỏ hóa trị. Khi 1 lượng nhỏ được chất có hóa trị III tích hợp vào tinh thể, nguyên tử chất đó có thể liên kết với 4 nguyên tử silicon theo liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì chỉ có 3 electron để cung cấp nên 1 lỗ trống được tạo ra. Lỗ này sẽ mang điện tích dương (+) nên chất bán dẫn pha tạp theo cách này gọi là chất bán dẫn loại P. 

Chất bán dẫn loại N hay chất bán dẫn âm Negative có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, xảy ra khi tạp chất là 1 nguyên tố có 5 electron trong lớp vỏ hóa trị. Khi 1 lượng nhỏ chất có hóa trị V như photpho (P) được thêm vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử sẽ liên kết với 4 nguyên tử silicon liền kề. Vì photpho có đến 5 electron trong vỏ hóa trị nên chỉ sẽ có 4 trong số đó được liên kết với các nguyên tử silic lân cận. Electron hóa trị thứ 5 bị bỏ lại, trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn được tạo ra bằng cách này mang điện tích âm (-) & được gọi là chất bán dẫn loại N. 

Ứng dụng nổi bật của chất bán dẫn trong cuộc sống hiện nay

Không thể phủ nhận chất bán dẫn đã trở thành 1 phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt trong các ứng dụng về công nghệ. Điển hình phải kể đến:

Thiết bị điện tử 

Trong các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính bảng,… chất bán dẫn giúp xử lý dữ liệu, hiển thị hình ảnh & truyền tải tín hiệu. Từ máy tính để bàn đến máy tính xách tay đều dựa vào vi mạch bán dẫn để thực hiện hàng tỷ phép tính trong mỗi giây. Không chỉ vậy, với Smart TV, chất bán dẫn cũng giúp tăng chất lượng hình ảnh & âm thanh, mang đến trải nghiệm tuyệt vời cho người dùng. 

Trong lĩnh vực y học

Trong y học, nhiều thiết bị y tế từ máy chụp CT, MRI đến máy đo nhịp tim đều sử dụng chất bán dẫn để tăng độ chính xác & hiệu suất. Đặc biệt với các thiết bị chẩn đoán từ xa & cảm biến y tế giúp theo dõi sức khỏe bệnh nhân 1 cách liên tục & chính xác nhờ vào chất bán dẫn. 

Trong công nghiệp ô tô 

Ô tô không chỉ là phương tiện di chuyển mà còn là nơi tập trung của hàng loạt các công nghệ hiện đại. Sử dụng chất bán dẫn giúp hỗ trợ & tăng cường nhiều tính năng trên xe, từ hệ thống phanh ABS, hệ thống điều khiển động cơ đến hệ thống giải trí,… trên bảng điều khiển. Ngoài ra, Semiconductor còn đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển xe điện & xe tự lái.

>>> Xem thêm: Điốt Là Gì? Cấu Tạo, Phân Loại Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Diode

Qua những nội dung vừa được nhắc đến trong bài viết, có thể thấy chất bán dẫn đã & đang thay đổi cuộc sống của chúng ta mỗi ngày. Sự đa dạng trong ứng dụng, từ thiết bị điện tử hàng ngày đến lĩnh vực y học & công nghiệp ô tô, Semiconductor đã khẳng định vai trò & đóng góp to lớn của mình trong kỷ nguyên hiện đại. Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp bạn hiểu rõ & có cái nhìn chính xác nhất về chất bán dẫn. Nếu vẫn còn thắc mắc cần hỗ trợ giải đáp, xin vui lòng liên hệ đến số hotline atscada.net.

ATSCADA - Cung cấp phần mềm ATSCADA - Hệ thống điều khiển giám sát & thu thập dữ liệu là sự lựa chọn phù hợp cho các dự án tích hợp hệ thống, IoT, dự án thành phố thông minh, nông nghiệp 4.0...Được khách hàng tin dùng tại Việt Nam.