Bán dẫn loại N là gì? Tìm hiểu định nghĩa và ứng dụng

Chất bán dẫn loại N là loại vật liệu được sử dụng rất rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp như điện tử, viễn thông, sản xuất – lắp ráp, ô tô, hàng không…

Trong bài viết ngày hôm nay, hãy cũng Kỹ Thuật Đo tìm hiểu xem chất bán dẫn loại N là gì? Nó có những đặc điểm gì? Ứng dụng của nó như thế nào một cách dễ hiểu nhất

Chất bán dẫn loại N là gì?

Vật liệu bán dẫn loại N (N-type semiconductor) là loại linh kiện được sử dụng rộng rãi trong điện tử, bán dẫn loại N được hình thành bằng cách thêm một tạp chất như Si hoặc Ge vào một chất bán dẫn lúc này ta sẽ có chất bán dẫn loại N.

Lúc này các tạp chất cho (còn gọi là donor impurities) được sử dụng trong chất bán dẫn là Asen, phốt pho, Bitmut, Antimon, … Đúng như tên gọi, các chất cho này sẽ cung cấp các electron tự do cho một chất bán dẫn. Bằng cách này, nhiều hạt mang điện tích hơn sẽ được hình thành để dẫn điện trong vật liệu.

Một số ví dụ về chất bán dẫn loại N có thể kể đến như Sb, P, Bi và As. Các vật liệu này bao gồm năm electron trong lớp vỏ ngoài cùng của chúng. Bốn electron sẽ tạo liên kết cộng hóa trị bằng cách sử dụng các nguyên tử liền kề và electron thứ năm sẽ có thể thâm nhập được như một chất mang dòng điện. Vì vậy, nguyên tử của tạp chất đó được gọi là nguyên tử cho.

Trong bán dẫn N-Type, dòng điện sẽ chạy qua do sự chuyển động của các electron và lỗ trống. Trong chất bán dẫn này, các hạt mang điện tích đa số trong chất bán dẫn này là electron và các hạt mang điện tích thiểu số là lỗ trống.

Chất Bán Dẫn Pha Tạp Loại N

Chất bán dẫn loại N được pha với một tạp chất cho, vì các hạt mang điện tích chủ yếu là các electron mang điện tích âm. Vì Silic là một nguyên tố hóa trị bốn, nên cấu trúc tinh thể bình thường của nó bao gồm bốn liên kết cộng hóa trị từ 4 electron ngoài cùng.

Các chất pha tạp thường được sử dụng nhất trong Silic là các nguyên tố nhóm III và nhóm V.

Với các nguyên tố hóa trị năm hay còn gọi là các nguyên tố nhóm V, sẽ có 5 electron hóa trị và chúng hoạt động như một chất cho. Số lượng các nguyên tố này như Antimon, Phốt-pho hoặc Asen giúp tặng các electron tự do thông qua đó sẽ tăng độ dẫn điện nội tại của chất bán dẫn lên rất nhiều.

Ví dụ: khi tinh thể Si được pha tạp với một nguyên tố nhóm III như Boron, thì nó sẽ tạo ra một chất bán dẫn loại P nhưng một tinh thể Si được pha tạp với nguyên tố nhóm V như phốt pho thì nó sẽ tạo ra một chất bán dẫn loại N.

Trong bán dẫn loại N, electron dẫn gần như chiếm số lượng áp đảo. Do đó, tổng số electron dẫn được xem như bằng với số vị trí cho (n ≈ ND). Tính trung hòa điện của vật liệu bán dẫn có thể được duy trì khi các vị trí cho được cung cấp một lượng cân bằng với sự dẫn điện của electron. Đồng nghĩa với việc khi số lượng electron dẫn tăng lên thì số lượng lỗ trống sẽ giảm xuống

Sự mất cân bằng giữa số lượng các hạt được biểu thị thông qua số lượng lỗ trống và electron. Trong bán dẫn loại N, electron là hạt mang điện tích đa sốm lỗ trống là hạt mang điện tích thiếu số

Vùng năng lượng trong chất bán dẫn loại N

Vùng dải năng lượng của chất bán dẫn N được hiển thị như hình bên dưới. Các electron tự do tồn tại trong dải truyền năng lượng do việc thêm vật liệu hóa trị năm vào cấu trúc. Trong các liên kết cộng hóa trị của tinh thể, các electron này không phù hợp. Tuy nhiên, một số lượng nhỏ electron có thể có sẵn trong dải dẫn để tạo thành các cặp electron-lỗ trống. Điểm chính trong chất bán dẫn là việc thêm vật liệu hóa trị năm có thể làm tăng số lượng electron tự do.

Ở nhiệt độ phòng, năng lượng nhiệt được truyền vào chất bán dẫn, lúc này một cặp electron-lỗ trống có thể được tạo ra. Do đó, một số lượng nhỏ electron tự do có thể có sẵn. Những electron xuất hiện sau khi tách khỏi lỗ trống trong dải hóa trị.

Ở đây bán dẫn ‘N’ là vật liệu âm khi số lượng electron tự do lớn hơn số lượng lỗ trống.

Hướng truyền dẫn năng lượng qua chất bán dẫn loại N

Việc dẫn điện của chất bán dẫn loại N được tạo ra bởi các electron. Khi một electron rời khỏi một lỗ trống, thì lỗ trống đó sẽ bị một electron khác hút vào. Do đó, lỗ trống có thể tạm xem là một điện tích dương.

Do đó, trong chất bán dẫn N sẽ bao gồm hai loại hạt tải điện là lỗ trống tích điện dương và electron tích điện âm. Các Electron là các hạt chiếm đa số trong khi các lỗ trống được gọi là hạt mang thiểu số vì electron có số lượng cao hơn so với lỗ trống.

Khi một liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ, các electron di chuyển ra khỏi một lỗ trống, thì một số electron khác sẽ thoát ra khỏi liên kết của nó và bị hút về phía lỗ trống này. Do đó, các lỗ trống và electron sẽ di chuyển theo các hướng ngược nhau. Các electron sẽ bị hút về phía cực dương của pin trong khi các lỗ trống bị hút về phía cực âm của pin.

Những câu hỏi thường gặp về bán dẫn N

Chất bán dẫn loại N là gì?
-> Một vật liệu được thiết kế bằng cách thêm tạp chất vào chất bán dẫn như Silic hoặc Germani được gọi là chất bán dẫn loại N

Hạt mang điện tích đa số và thiểu số trong chất bán dẫn loại N là gì?
-> Các hạt mang điện tích chiếm đa số là electron và lỗ trống là hạt mang điện tích thiểu số

Chất bán dẫn ngoại lai là gì?
-> Chất bán dẫn loại N và P

Chất bán dẫn là gì? Cho ví dụ
-> Một vật liệu bán dẫn là chúng vừa có tính dẫn điện vừa có tính cách điện tùy vào điều kiện. Các ví dụ là Selen, Silicon và Germani.

Chức năng của chất bán dẫn là gì?
-> Nó được sử dụng để sản xuất các linh kiện điện tử như Transistor, Đi-ốt và IC

Như vậy trong bài viết trên, Kỹ Thuật Đo đã giới thiệu đến bạn các thông tin tổng quan nhất về chất bán dẫn loại N.Chúng cho độ tin cậy cao, nhỏ gọn, chi phí thấp và hiệu quả sử dụng năng lượng tối ưu