Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là gì?

Hầu hết các sản phẩm điện tử ngày nay như máy tính, điện thoại di động hay máy ghi âm kỹ thuật số đều có mối liên hệ rất chặt chẽ với chất bán dẫn. Vậy, chất bán dẫn là gì? Định nghĩa chất bán dẫn có thể được minh họa từ các quan điểm khác nhau. Trước hết, chúng ta hãy biết vật liệu bán dẫn là gì. Mời các bạn xem bảng vật liệu bán dẫn thông dụng dưới đây:

Loại Nhóm Chất liệu
Chất đơn giản / Chất bán dẫn nguyên tố Si, Ge, Se
Hợp chất bán dẫn nhị phân Nhóm III-V GaN, GaP, GaAs, AlN, InP
Nhóm II-VI ZnO, CdS, CdSe, CdTe
Nhóm IV-IV SiC, C
Nhóm IV-VI PbTe
Nhóm V-VI Bi2Te3
Nhóm III- VI GaTe, Ga2O3
Nhóm I-VI Cu2O
Chất bán dẫn hợp chất bậc ba Nhóm I-III-VI CulnSe2
Nhóm II-IV-V CdSnAs2
Nhóm I-VIII-VI CuFeS2
Perovskite CaTiO3
Loại khác Nhiều hợp chất InGaZnO
Chất bán dẫn tạp chất

Chất bán dẫn dung dịch rắn

Các yếu tố thường được sử dụng:

Họ đầu tiên,

Họ thứ hai,

Gia đình chính thứ ba đến thứ sáu

 

Trong số các vật liệu bán dẫn được liệt kê trong bảng, silicon có ảnh hưởng nhất trong các ứng dụng thương mại, có thể được cung cấp bởi PAM-Hạ Môn. Để biết rõ về vật liệu bán dẫn, các định nghĩa về chất bán dẫn được giới thiệu như sau:

1. Định nghĩa chất bán dẫn trong thuật ngữ độ dẫn điện và đặc tính rắn

Trong phát biểu đầu tiên, có ba loại chất rắn trên thế giới: chất dẫn điện, chất bán dẫn và chất cách điện. Đối với định nghĩa bán dẫn về điện,dùng để chỉ chất rắn có độ dẫn điện giữa chất dẫn điện và chất cách điện ở nhiệt độ phòng. Chúng ta thường gọi các chất rắn có độ dẫn điện kém là chất cách điện, chẳng hạn như than đá, tinh thể nhân tạo, hổ phách, gốm sứ, v.v.; và các kim loại có độ dẫn điện tốt hơn, chẳng hạn như vàng, bạc, đồng, sắt, thiếc, nhôm, v.v., được gọi là chất dẫn điện.

Đây là một tuyên bố định tính. Nếu cần phân tích định lượng, việc hiệu chuẩn độ dẫn điện được xác định theo định luật Ôm U = IR. U là hiệu điện thế trên vật liệu, I là dòng điện dẫn của vật liệu và R là điện trở của vật liệu; R = ρl / S được sử dụng để loại bỏ ảnh hưởng của hình dạng vật liệu .ρ là viết tắt của điện trở suất cần đo, l là chiều dài của vật liệu và S là diện tích mặt cắt ngang của vật liệu.

Vật liệu đại diện của dây dẫn là các kim loại khác nhau, và thứ nguyên của điện trở suất ở nhiệt độ phòng là 10 ^ -8Ωm;

Điện trở suất của silicon bán dẫn là 10 ^ 6Ωm;

Điện trở suất của giấy cách điện là 10 ^ 6 đến 10 ^ 14Ωm.

Từ sự giải thích trên, sự khác biệt về điện trở suất giữa chất cách điện và chất bán dẫn không lớn bằng sự khác biệt giữa chất bán dẫn và chất dẫn điện. Silicon cũng có thể được coi là chất cách điện. Do đó, việc thảo luận về chất bán dẫn với điện trở suất ở nhiệt độ phòng là vô nghĩa.

2. Định nghĩa chất bán dẫn từ quan điểm của độ dẫn điện

Lập luận thứ hai là vật lý định nghĩa chất bán dẫn được định nghĩa từ mức độ dẫn điện sâu hơn: điện trở suất của chất dẫn điện tăng theo nhiệt độ, trong khi điện trở suất của chất bán dẫn giảm theo nhiệt độ. Nói một cách tổng quát, các hạt tải điện là các electron và lỗ trống. Sự chuyển động của các electron thực sự tồn tại, và sự chuyển động của các lỗ trống thực sự tương đương với việc hạn chế chuyển động của các electron.

Vì mạng tinh thể / điện tử tương tác với các hạt dẫn điện (điện tử, v.v.), điện trở cản trở chuyển động của các hạt dẫn điện. Yếu tố chính quyết định điện trở suất là mật độ của các hạt dẫn điện-electron. Mật độ electron của một kim loại là 10 ^ 23 / cm3. Khi nhiệt độ tăng, lực tương tác giữa các electron tăng nên điện trở suất tăng. Khi nhiệt độ tăng lên, các điện tử trong chất bán dẫn sẽ chuyển từ bị liên kết bởi mạng tinh thể thành các điện tử tự do dẫn điện, và điện trở suất sẽ giảm xuống.

Tuy nhiên, định nghĩa vật lý bán dẫn không hoàn chỉnh.

Đối với một kim loại, điện trở suất tăng khi nhiệt độ tăng, đó là một mối quan hệ tuyến tính; và các hợp kim của các kim loại khác nhau có thể có được điện trở tiêu chuẩn, mà điện trở suất của chúng hầu như không thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ. Trong khi điện trở suất của chất cách điện và chất bán dẫn đều giảm khi nhiệt độ tăng, đây không phải là mối quan hệ tuyến tính. Nó đề cập đến chất bán dẫn không pha tạp - chất bán dẫn nội tại.

Bạn có thể thấy rằng chất bán dẫn và chất cách điện thực sự được kết hợp với nhau, và việc sử dụng thực tế vật liệu bán dẫn sẽ không đặc trưng cho tính chất này.

3. Giải thích Bán dẫn thông qua Elo lắng BTheory

Phân tích sâu hơn và định nghĩa vật lý bán dẫn dưới đây là từ khía cạnh của vùng dẫn.

3.1 Dải năng lượng của chất bán dẫn

Các electron hóa trị trong vật dẫn không nằm đầy dải năng lượng, trong khi các electron hóa trị của chất bán dẫn và chất cách điện chiếm hoàn toàn vùng năng lượng. Vì dải năng lượng bị lấp đầy hoàn toàn nên nó phải chuyển sang dải năng lượng trước đó để dẫn điện.Chất bán dẫn như vậy được gọi là chất bán dẫn nội tại. The middle là độ rộng vùng cấm, và năng lượng tương ứng được gọi là độ rộng vùng cấm. Tuy nhiên, nếu độ rộng vùng cấm nhỏ hơn, các điện tử vẫn có thể vượt qua vùng cấm / khe cấmdưới tác dụng của nhiệt độ / điện áp trong phòng, có thể di chuyển tự do và có tính dẫn điện. Do đó, vật liệu có độ rộng vùng cấm khoảng 2eV được gọi là chất bán dẫn. Trên thực tế, với sự ra đời của thế hệ thứ ba của chất bán dẫn (bán dẫn có độ rộng vùng cấm), AlN tương ứng với độ rộng vùng cấm là 6,2eV được coi là chất bán dẫn.

Trên thực tế, không có sự khác biệt cơ bản giữa chất bán dẫn và chất cách điện. Ở phía đối diện của vật dẫn là vật không dẫn điện. Vật liệu không dẫn điện đại diện cho nhiều tình huống: dưới nhiệt độ nào, áp suất nào, điện áp nào, từ trường nào, v.v., có thể được sử dụng để đánh giá chất dẫn điện hay không. Miễn là có một vùng cấm, nó là một chất cách điện. Tuy nhiên, trong những điều kiện bên ngoài nhất định, chất cách điện có thể được chuyển đổi thành chất dẫn điện. Nếu có điều kiện này và có thể sử dụng trong công nghiệp điện tử thì loại chất cách điện này là chất bán dẫn.

Chất bán cách điện có cùng ý nghĩa với chất bán dẫn. Bản dịch theo nghĩa đen phải là một chất cách điện gần như cách điện, có thể được chuyển đổi thành chất dẫn điện. Điện trở suất của cacbua silic có độ tinh khiết cao cực kỳ thấp, nhưng việc tiêm một số hạt có thể làm thay đổi độ dẫn điện cục bộ. (Lưu ý: Hiểu biết còn non nớt.)

3.2 Ứng dụng của dải năng lượng

Đối với ứng dụng, chúng tôi sẽ không sử dụng dải năng lượng của một vật liệu đơn lẻ mà kết hợp hoặc pha trộn các vật liệu khác nhau để tạo thành cấu trúc dải năng lượng mà chúng tôi cần. Ví dụ, một mối nối PN bao gồm chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N; một MOSFET bao gồm chất bán dẫn loại P + chất bán dẫn loại N + chất dẫn điện + chất cách điện.

Phù hợp nhấtbăng dẫn định nghĩa bán dẫnlà chất có vùng cấm / vùng cấm. Vật liệu bán dẫn là vật liệu có độ rộng vùng cấm để phục vụ sản xuất và đời sống. Không phải tất cả các khoảng trống đều có thể được sử dụng, và ngay cả khi chúng có thể được sử dụng, Chỉ có vật liệu bán dẫn có khoảng cách cấm có nhiều ưu điểm hơn các vật liệu bán sẵn trên thị trường, mới có thể sử dụng vật liệu này.

Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email victorchan@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com.

Chia sẻ bài này