Chất bán dẫn tinh khiết, chất bán dẫn pha tạp là gì?

Chúng ta thường hay nhắc đến các diotde bán dẫn được cấu tạo từ 2 tấm P và N đặt sát cạnh nhau. Tuy nhiên bạn có biết chất bán dẫn được làm từ những chất liệu nào, có mấy loại chất bán dẫn? Chất bán dẫn tinh khiết là gì? Cùng An Phước Smart Light tìm hiểu nhé!

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn trong tiếng anh có tên gọi là Semiconductor. Chúng ta hay gặp thuật ngữ này trong các môn học vật lý, nghiên cứu điện tử, công nghệ,…

Chất bán dẫn là loại chất có độ dẫn điện nằm giữa kim loại và chất không dẫn điện. Chúng có thể là những nguyên tố tinh khiết hoặc được pha tạp chất để thay đổi cấu trúc và độ dẫn điện vốn có.

Chất bán dẫn có mặt hầu hết ở các linh kiện điện tử trong điện thoại, tivi, tủ lạnh,…

Điot bán dẫn, Transistor, IC chính là từ chất liệu này tạo nên.

Các nguyên tố chất bán dẫn điển hình có thể kể đến như Germanium ( Ge) và Silicium (Si).

Phân loại các chất bán dẫn

Hiện nay, chất bán dẫn chủ yếu được chia thành 2 loại, đó là bán dẫn thuần ( bán dẫn tinh khiết) và chất bán dẫn pha tạp.

Chất bán dẫn tinh khiết

Chất bán dẫn tinh khiết còn có tên gọi khác là chất bán dẫn thuần. Ở đây, chất bán dẫn không được pha tạp bởi bất cứ nguyên tố hóa học nào khác. Chất bán dẫn tinh khiết nằm nhóm IV trong bảng tuần hoàn hóa học, do đó nó có đặc điểm chung là ở lớp ngoài cùng đều có bốn điện tử hoá trị.

Chúng ta lấy một trường hợp, đó là nguyên tử silic:

• Ở lớp ngoài cùng, bốn điện tử lớp ngoài cùng của một nguyên tử không những chịu sự ràng buộc với hạt nhân của chính nguyên tử đó mà còn liên kết với bốn nguyên tử đứng cạnh nó, hai nguyên tử đứng cạnh nhau có một cặp điện tử góp chung.
• Do chuyển động của nhiệt độ, các điện tử góp chung này có thể bứt ra khỏi quỹ đạo của nó tạo thành các điện tử tự do. Đó chính là các hạt dẫn điện tử. Đây chính là điều kiện cho các chất bán dẫn dẫn điện khi đạt trạng thái kích thích.
• Khi các điện tích tự do tách ra sẽ để lại những lỗ trống cho các electron thế chỗ, tạo nên các electron chung cho cả 2 nguyên tử. Chính điều này tạo nên sự di chuyển của các điện tử góp chung. Sự di chuyển này giống như sự di chuyển của các điện tích dương. Và khi đó các lỗ trống mang điện tích dương, các hạt electron mang điện tích âm. Khi điện trường chạy qua, các điện tử chuyển động ngược chiều với véc tơ cường độ điện trường còn các lỗ trống thì chuyển động cùng chiều tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn.
• Chất bán dẫn được thực hiện bởi số lượng hạt e tự do và các lỗ trống cân bằng với nhau được gọi là chất bán dẫn thuần.

Chất bán dẫn tạp chất

Bằng cách pha tạp thêm các nguyên tử khác không phải chất bán dẫn, tạp chất bán dẫn sẽ trở nên dẫn điện một cách tốt hơn dù chỉ là một thay đổi vô cùng nhỏ.

Chất bán dẫn P

Để nâng cao tính dẫn điện của các chất bán dẫn, một số tạp chất đã được cho thêm vào.

Trong đó, các chất được thêm vào có thể là nằm ở nhóm III hoặc nằm ở nhóm V.

Với nguyên tố nằm ở nhóm III ( chẳng hạn như nguyên tố Bo), chúng có 3 electron ở lớp ngoài cùng, do đó chúng sẽ có nhiều lỗ trống hơn, mang điện tích dương.

Chất bán dẫn có hạt truyền điên chủ yếu là các chỗ trống người ta gọi là chất bán dẫn P. Người ta gọi đây là tạp chất bán dẫn Axepto.

Chất bán dẫn N ( Negative : âm)

Ngược lại so với chất bán dẫn mang nhiều lỗ trống, tạp chất được pha thêm ở đây có 5 electron ở lớp ngoài cùng ( nhóm V, thường là photpho). Ở tạp chất này sẽ có nhiều electron hơn, do đó nó làm nhiệm vụ truyền tải điện chính. Người ta gọi tạp chất bán dẫn này với cái tên là Đô-no.

Và khi chúng ta sử dụng 2 loại chất bán dẫn N-P này thành 1 cặp sẽ tạo nên những điốt, IC, Transitor phổ biến trong các mạch điện tử ngày nay.

Bạn có thể quan tâm:

• Điốt bán dẫn là gì, nguyên lý hoạt động ra sao?
• Cấu tạo của Diot phát quang ( LED)