Chất bán dẫn bên trong so với chất bán dẫn bên ngoài
Điều đáng chú ý là thiết bị điện tử hiện đại dựa trên một loại vật liệu, chất bán dẫn. Chất bán dẫn là vật liệu có độ dẫn điện trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Vật liệu bán dẫn đã được sử dụng trong điện tử ngay cả trước khi phát minh ra diode và bóng bán dẫn vào năm 1940, nhưng sau đó chất bán dẫn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử. Năm 1958, phát minh ra mạch tích hợp của Jack Kilby của Texas cụ đã nâng việc sử dụng chất bán dẫn trong lĩnh vực điện tử lên một mức độ chưa từng có.
Chất bán dẫn tự nhiên có đặc tính dẫn điện do các hạt tải điện tự do. Một chất bán dẫn như vậy, một vật liệu, thể hiện một cách tự nhiên các đặc tính của chất bán dẫn, được gọi là chất bán dẫn nội tại. Đối với sự phát triển của các linh kiện điện tử tiên tiến, chất bán dẫn đã được cải tiến để hoạt động với độ dẫn điện lớn hơn bằng cách thêm các vật liệu hoặc phần tử, làm tăng số lượng hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn. Chất bán dẫn như vậy được gọi là chất bán dẫn bên ngoài.
Thông tin thêm về Chất bán dẫn Nội tại
Tính dẫn điện của bất kỳ vật liệu nào là do các electron được giải phóng ra vùng dẫn bởi sự kích động nhiệt. Trong trường hợp chất bán dẫn nội tại, số lượng electron được giải phóng tương đối thấp hơn so với kim loại, nhưng lớn hơn ở chất cách điện. Điều này cho phép dẫn dòng điện qua vật liệu rất hạn chế. Khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên, nhiều điện tử đi vào vùng dẫn hơn và do đó độ dẫn điện của chất bán dẫn cũng tăng lên. Có hai loại hạt tải điện trong chất bán dẫn, các điện tử được giải phóng vào vùng hóa trị và các obitan bị bỏ trống, thường được gọi là lỗ trống. Số lỗ trống và electron trong chất bán dẫn nội tại bằng nhau. Cả lỗ trống và electron đều đóng góp vào dòng điện. Khi một sự khác biệt về thế năng được áp dụng, các điện tử di chuyển về phía có thế năng cao hơn và các lỗ trống di chuyển về phía có thế năng thấp hơn.
Có nhiều vật liệu hoạt động như chất bán dẫn, một số là nguyên tố và một số là hợp chất. Silicon và Germanium là những nguyên tố có tính chất bán dẫn, còn Gallium Arsenide là một hợp chất. Nói chung các nguyên tố trong nhóm IV và các hợp chất từ các nguyên tố nhóm III và V, chẳng hạn như Gali Arsenide, Aluminium Phosphide và Gallium Nitride thể hiện các đặc tính bán dẫn nội tại.
Thông tin thêm về Chất bán dẫn bên ngoài
Bằng cách thêm các phần tử khác nhau, các đặc tính bán dẫn có thể được tinh chỉnh để dẫn dòng điện nhiều hơn. Quá trình thêm vào được gọi là pha tạp trong khi nguyên liệu được thêm vào được gọi là tạp chất. Các tạp chất làm tăng số lượng hạt tải điện trong vật liệu, cho phép dẫn điện tốt hơn. Dựa trên chất mang được cung cấp, các tạp chất được phân loại là chất nhận và chất cho. Chất cho là vật liệu có các điện tử không liên kết trong mạng tinh thể và chất nhận là vật liệu để lại các lỗ trống trong mạng. Đối với chất bán dẫn nhóm IV, các nguyên tố nhóm III Boron, Nhôm đóng vai trò là chất nhận, trong khi các nguyên tố nhóm V Phốt pho và asen đóng vai trò là chất cho. Đối với chất bán dẫn hợp chất nhóm II-V, Selen, Tellurium đóng vai trò là chất cho, trong khi Beryllium, Kẽm và Cadmium đóng vai trò là chất nhận.
Nếu một số nguyên tử chất nhận được thêm vào dưới dạng tạp chất, số lượng lỗ trống sẽ tăng lên và vật liệu có thừa hạt mang điện tích dương hơn trước. Do đó, chất bán dẫn được pha tạp chất chấp nhận được gọi là Bán dẫn loại dương hoặc loại P. Theo cách tương tự, chất bán dẫn được pha tạp chất của nhà tài trợ, khiến vật liệu thừa electron, được gọi là chất bán dẫn Loại âm hoặc bán dẫn Loại N.
Chất bán dẫn được sử dụng để sản xuất các loại điốt, bóng bán dẫn và các linh kiện liên quan. Laser, Tế bào quang điện (Pin mặt trời) và máy dò ảnh cũng sử dụng chất bán dẫn.
Sự khác biệt giữa Chất bán dẫn Bên trong và Bên ngoài là gì?
