Bài giảng Vật liệu cơ sinh điện - Tuần 13: Vật liệu bán dẫn

Bài giảng giới thiệu về vật liệu bán dẫn, một loại vật liệu có độ dẫn điện trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Bài giảng bao gồm các khái niệm cơ bản, tính chất, phân loại, bản chất và ứng dụng của vật liệu bán dẫn trong thực tế.

Bài giảng này dành cho sinh viên ngành kỹ thuật điện, điện tử, cơ điện tử hoặc các ngành liên quan, những người muốn tìm hiểu về vật liệu bán dẫn và ứng dụng của chúng trong các thiết bị và hệ thống điện tử.

Bài giảng cung cấp một cái nhìn tổng quan về vật liệu bán dẫn, bao gồm:

1. **Khái niệm và Lịch sử:** Vật liệu bán dẫn có độ dẫn điện trung gian, hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và dẫn điện ở nhiệt độ phòng.
2. **Tính chất:** Điện trở suất đặc trưng cho tính dẫn điện, thay đổi theo nhiệt độ và tạp chất. Ở nhiệt độ thấp, chất bán dẫn gần như không dẫn điện, nhưng dẫn điện tốt hơn khi nhiệt độ tăng. Tạp chất cũng ảnh hưởng đến tính chất này.
3. **Phân loại:**
* Chất bán dẫn tinh khiết: Không có tạp chất (ví dụ: Silicon, Germanium), điện trở suất cao ở nhiệt độ thấp và giảm khi nhiệt độ tăng.
* Chất bán dẫn pha tạp: Loại n (tạp chất nhóm V) và loại p (tạp chất nhóm III).
4. **Bản chất:**
* Hiệu ứng trường: Trao đổi điện tích tại lớp tiếp xúc p-n tạo ra điện trường.
* Dị thể: Sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa hai vật liệu bán dẫn khác nhau tạo ra trạng thái cân bằng.
* Electron kích thích: Sự khác biệt về điện thế gây ra sự mất cân bằng nhiệt và tạo ra electron và lỗ trống.
* Độ dẫn điện biến đổi: Chất bán dẫn có thể hoạt động như vật liệu dẫn điện khi pha tạp.
* Độ dẫn điện cao: Dẫn nhiệt tốt, ứng dụng trong tản nhiệt.
* Phát xạ nhẹ và chuyển đổi năng lượng: Phát ra ánh sáng khi electron bị kích thích (ví dụ: diode phát sáng).
5. **Ứng dụng:** Vật liệu bán dẫn được sử dụng để tạo ra các linh kiện như diode, transistor, thẻ nhớ, SSD, HDD, rơ le bán dẫn, bộ chuyển đổi tín hiệu, cảm biến nhiệt độ, áp suất, mức, và được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như máy điều hòa, CPU, điện thoại, TV. Các vật liệu bán dẫn phổ biến bao gồm Silicon (Si), hợp kim Germanium và silicon (SiGe), và Gallium arsenide (GaAs).