Dòng điện trong chất bán dẫn là khái niệm chúng ta đã được tìm hiểu trong chương trình của môn Vật Lý. Trong phần này, các bạn sẽ được tìm hiểu chất bán dẫn là gì? Bản chất của dòng điện có trong chất bán dẫn là gì? Ứng dụng của dòng điện này trong thực tế ra sao? Hãy theo dõi bài viết dưới đây để khái quát lại kiến thức đã học bạn nhé!
Contents
Tổng quan dòng điện trong chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn là chất có khả năng dẫn điện ở mức trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Nói cách khác, đây là chất có điện trở suất nằm trong khoảng trung gian giữa chất điện môi và kim loại. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, nó hoạt động như một chất cách điện. Còn tại nhiệt độ phòng thì nó có tính dẫn điện.
Để dễ nhớ hơn, bạn có thể hiểu gọi là “bán dẫn” (bán là 1 nửa) vì những chất này không dẫn điện trong điều kiện nào đó. Nhưng, trong điều kiện khác thì nó lại dẫn điện. Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu nhất là Gecmani và Silic. Tính chất nổi bật của các chất bán dẫn gồm:
- Trong điều kiện nhiệt độ thấp, các chất bán dẫn siêu tinh khiết sẽ có điện trở suất rất lớn. Khi mức nhiệt tăng thì điện trở suất sẽ giảm nhanh và hệ số nhiệt điện trở sẽ mang giá trị âm.
- Khi có tạp chất thì tính bán dẫn sẽ thay đổi, các tạp chất khác nhau thì sẽ tạo ra tính bán dẫn khác nhau. Thông thường, khi pha tạp chất thì điện trở suất của chất bán dẫn sẽ giảm mạnh.
- Khi có ánh sáng chiếu vào hoặc có tác động từ các tác nhân ion hóa khác thì điện trở suất của chất bán dẫn sẽ giảm đi đáng kể.
Tìm hiểu dòng điện trong chất bán dẫn là gì?
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng electron dẫn chuyển động ngược chiều và lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường. Để hiểu chi tiết hơn, bạn có thể theo dõi phần dưới đây:
Chất bán dẫn loại p có hạt tải điện (+), còn loại n thì có hạt tải điện (-). Dòng điện sinh ra trong 2 loại bán dẫn này đều do sự chuyển động của các electron. Khi tạo thành tinh thể silic thì mỗi tinh thể sẽ có 4 electron hóa trị. Chúng vừa đủ để tạo ra liên kết với 4 nguyên tử kế bên nên không tham gia vào việc dẫn điện.
Khi electron bứt ra khỏi liên kết thì sẽ thành hạt tải điện và gọi là electron dẫn (gọi tắt là electron). Tại vị trí electron bị bứt ra sẽ tạo thành 1 lỗ trống mang điện (+). Khi có 1 electron từ liên kết của nguyên tử silic lân cận chuyển tới thì mối liên kết đứt sẽ di chuyển ngược lại. Chuyển động này của electron liên kết được coi như 1 điện tích dương chuyển động theo chiều ngược. Lỗ trống được coi là hạt tải điện mang điện dương.
Suất điện động tự cảm – Các bài tập liên quan & cách giải
🔸 Công suất tỏa nhiệt là gì? Cách tính công suất tỏa nhiệt
Tìm hiểu bản chất dòng điện trong chất bán dẫn là gì?
Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn là do dòng electron chuyển động có hướng sinh ra. Nói cách khác, đó là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường và các lỗ trống theo chiều điện trường.
Đối với bán dẫn tinh khiết thì số lượng lỗ trống và số lượng electron bằng nhau. Khả năng dẫn điện của bán dẫn này sẽ tăng khi nhiệt độ tăng lên.
Tìm hiểu ứng dụng của dòng điện trong chất bán dẫn
Các thiết bị bán dẫn có thể điều chỉnh chiều và đường đi của dòng điện sang một hướng khác. Sự thay đổi điện trở này được thực hiện nhờ ánh sáng hoặc nhiệt. Thông qua ánh sáng, nhiệt hoặc tạp chất, ta có thể làm thiết bị bán dẫn thay đổi tính chất. Vì vậy, chúng thường sử dụng để đóng ngắt mạch điện hoặc chuyển đổi năng lượng.
Ứng dụng dòng điện trong chất bán dẫn thông thường
Năm 1904, người ta ứng dụng chất bán dẫn lần đầu tiên trong máy Cat’s-whisker detector. Thiết bị này đã được trang bị một diode bán dẫn tinh khiết. Đến năm 1947, bóng bán dẫn đầu tiên được ra đời. Cho tới năm 1958, người ta đã tạo ra mạch tích hợp đầu tiên.
Hiện nay, vật liệu bán dẫn phổ biến nhất là các tinh thể silic. Nó được ứng dụng chủ yếu trong vi điện tử và quang điện. Người ta ứng dụng dòng điện trong chất bán dẫn trong việc tạo ra bóng bán dẫn và các sản phẩm điện tử hiện đại ngày nay. Một số thiết bị có thể kể đến là:
- Cảm biến nhiệt độ trong điều hòa không khí hay hệ thống điều khiển nhiệt độ trong nồi cơm điện.
- Bộ vi xử lý của CPU trong máy tính.
- Một số sản phẩm kỹ thuật số như: Máy ảnh, điện thoại di động, máy giặt, tivi, bóng đèn LED và tủ lạnh.
- Ứng dụng trong hoạt động của xe lửa, máy ATM, internet và nhiều thiết bị khác.
Ứng dụng dòng điện trong chất bán dẫn hữu cơ
Cùng với sự phát triển không ngừng của nhân loại, khoa học vật liệu đã tìm ra chất bán dẫn hữu cơ. Cho đến nay, nó đã được ứng dụng bước đầu trong một vài thiết bị công nghệ cao và hiện đại. Chúng ta có thể kể đến một số sản phẩm nổi trội như sau:
- Diode phát quang hữu cơ (còn gọi là OLED).
- Pin mặt trời hữu cơ (tên tiếng Anh là Organic solar cell).
- Transistor trường hữu cơ (còn gọi là OFET).
Hiện nay, dòng điện trong chất bán dẫn mang lại những lợi ích mà ta không thể phủ nhận. Sự xuất hiện của nó đã đóng góp một phần không nhỏ trong việc chế tạo và phát triển các sản phẩm điện hiện nay. Thường xuyên truy cập kienthucmaymoc.com để tìm hiểu nhiều thông tin bổ ích khác bạn nhé!
