Chất bán dẫn là gì, có mấy loại chất bán dẫn hay tính chất của chất bán dẫn… là những câu hỏi mà chúng tôi nhận được từ rất nhiều bạn đọc trong thời gian qua. Nếu bạn cũng đang có những thắc mắc này thì hãy theo dõi ngay bài viết dưới đây nhé.
Chất bán dẫn là gì?
Nhiều người thường thắc mắc “chất bán dẫn là gì”. Chất bán dẫn hay Semiconductor là chất có độ dẫn điện nằm ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện (như hầu hết các loại gốm).
Chất bán dẫn được xác định là các nguyên tố tinh khiết (silicon, germanium) hoặc các hợp chất (gallium arsenide, cadmium selenide) và chúng có hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ phòng.
Tính bán dẫn dễ dàng thay đổi khi có tạp chất và sự biến đổi này sẽ phụ thuộc vào loại tạp chất thêm vào. Khi 2 chất bán dẫn khác nhau được kết nối với nhau sẽ tạo thành nên một lớp gọi là lớp tiếp xúc. Các tính chất của các hạt mang điện bao gồm: electron, ion và lỗ trống điện tử thuộc lớp tiếp xúc này sẽ là cơ sở để tạo ra diot, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.
Các loại chất bán dẫn
Chất bán dẫn tinh khiết
Trước tiên, ta cần hiểu rõ khái niệm “chất bán dẫn tinh khiết là gì” (hay chất bán dẫn thuần là gì). Chất bán dẫn tinh khiết hay chất bán dẫn thuần là chất bán dẫn hoàn toàn không có tạp chất, ví dụ điển hình là Silicon hay Germanium. Chúng còn được gọi là những chất bán dẫn là nguyên tố nhóm IV.
Mỗi nguyên tử thuộc nguyên tố nhóm IV thường có 4 electron ở lớp ngoài, tiếp đó được liên kết với các nguyên tử Si khác bằng liên kết cộng hóa trị tạo nên chất bán dẫn trung hòa về điện xét ở điều kiện nhiệt độ thấp.
Điện trở suất của các chất bán dẫn thuần thường rất cao khi ở nhiệt độ thấp và giảm nhanh khi có sự tăng lên của nhiệt độ. Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nghĩa là cùng tăng hoặc cùng giảm. Hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn thuần do đó mà có giá trị âm.
Chất bán dẫn pha tạp chất
Có hai loại chất bán dẫn pha tạp chất, đó là chất bán dẫn loại n và p:
Chất bán dẫn loại p
Chất bán dẫn loại p là gì? Chất bán dẫn loại p hay chất bán dẫn dương có tạp chất là những nguyên tố thuộc nhóm III, được tạo thành khi tạp chất như boron chỉ có ba electron trong lớp vỏ hóa trị.
Khi một lượng nhỏ được chất có hóa trị III được liên kết với tinh thể, nguyên tử chất đó có thể tích hợp với bốn nguyên tử silicon theo liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, vì nó chỉ chứa ba electron để cung cấp nên sẽ có một lỗ trống được tạo ra. Lỗ này mang điện tích dương nên chất bán dẫn pha tạp được gọi là chất bán dẫn loại p.
- Chất bán dẫn loại n
Chất bán dẫn loại n là gì? Chất bán dẫn loại n chính là chất bán dẫn âm, với đặc điểm tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, xảy ra khi tạp chất là một nguyên tố xuất hiện năm electron trong lớp vỏ hóa trị.
Khi một lượng nhỏ chất có hóa trị V, điển hình như photpho được thêm vào cấu trúc tinh thể của silic, mỗi nguyên tử thường sẽ liên kết với bốn nguyên tử silicon liền kề.
Vì photpho mang năm electron trong vỏ hóa trị nên chỉ sẽ có bốn trong số đó là được liên kết với các nguyên tử silic ở lân cận theo liên kết cộng hóa trị. Còn một electron hóa trị còn lại bị bỏ lại không có gì để liên kết, trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn được tạo ra theo cách này mang điện tích âm và người ta gọi là chất bán dẫn loại n.