Chất bán dẫn loại P và loại N thuộc nhóm chất bán dẫn pha lẫn tạp chất. Cả 02 loại bán dẫn này đều có những đặc điểm riêng biệt và đặc trưng cho từng loại. Trong bài viết này, hãy cùng Kỹ Thuật Đo tìm hiểu xem giữa 02 loại bán dẫn P và N có những điểm khác biệt như thế nào nhé.
Phụ lục bài viết
Chất bán dẫn loại P là gì?
Chất bán dẫn loại P được hình thành bằng cách thêm tạp chất vào vật liệu bán dẫn tinh khiết tạo ra lượng lỗ trống tích điện (+) dư thừa trong mạng tinh thể. Những tạp chất này được gọi là tạp chất acceptor.
Tạp chất acceptor được sử dụng phổ biến nhất là boron, vật liệu này có ít hơn một electron so với vật liệu bán dẫn chủ. Electron bị thiếu này tạo ra một lỗ trong mạng tinh thể, hoạt động như một chất mang điện tích (+)
Chất bán dẫn loại P được đặc trưng bởi sự hiện diện của các lỗ trống, góp phần tạo nên tính dẫn điện của vật liệu. Tuy nhiên, do không có electron tự do nên chất bán dẫn loại P có tính dẫn điện thấp hơn so với loại N.
Tính chất và đặc điểm của chất bán dẫn loại P
Chất bán dẫn loại P có những tính chất và đặc điểm riêng biệt khiến chúng trở nên có giá trị trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau.
Đầu tiên có thể kể đến là do độ dẫn điện thấp khiến loại bán dẫn này phù hợp với các thiết bị cần kiểm soát dòng điện. Chất bán dẫn loại P mang điện tích dương vì sự hiện diện của các lỗ trống tạo ra điện tích dương tổng thể trong vật liệu.
Điện tích dương này rất quan trọng đối với các thiết bị điện tử cụ thể vì nó cho phép điều khiển dòng điện. Ngoài ra, chất bán dẫn loại P có điện trở tương đối cao, có thể có lợi trong các ứng dụng cụ thể đòi hỏi phải kiểm soát chính xác dòng điện.
Chất bán dẫn loại N là gì?
Chất bán dẫn loại N được hình thành bằng cách thêm tạp chất đưa electron dư thừa vào mạng tinh thể. Những tạp chất này được gọi là tạp chất donor. Tạp chất donor được sử dụng phổ biến nhất là phốt-pho, tạp chất cho thường có nhiều hơn một electron so với vật liệu bán dẫn tinh khiết (ví dụ như Silicon)
Electron dư thừa này trở thành electron tự do trong mạng tinh thể, góp phần vào tính dẫn điện của vật liệu. Chất bán dẫn loại N được đặc trưng bởi sự hiện diện của các electron tự do, có khả năng tạo thành các dòng electron hiệu quả. Sự hiện diện của các electron tự do này làm cho chất bán dẫn loại N có tính dẫn điện cao.
Tính chất và đặc điểm của chất bán dẫn loại N
Chất bán dẫn loại N có các tính chất và đặc điểm độc đáo khiến chúng phù hợp với một số ứng dụng cụ thể. Đầu tiên, độ dẫn điện cao khiến chúng lý tưởng để sử dụng trong các linh kiện điện tử cần sử dụng dòng electron hiệu quả, chẳng hạn như bóng bán dẫn và điốt.
Chất bán dẫn loại N mang điện tích âm, vì lượng electron dư thừa tạo ra điện tích âm tổng thể trong vật liệu. Điện tích âm này rất quan trọng đối với một số thiết bị điện tử, vì nó cho phép điều khiển dòng điện.
Ngoài ra, chất bán dẫn loại N có điện trở tương đối thấp, cho phép dòng điện chạy qua dễ dàng.
Bảng so sánh bán dẫn loại N và bán dẫn loại P
Sự khác biệt giữa chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N chủ yếu bao gồm nhiều yếu tố khác nhau, cụ thể là các hạt tải điện như đa số và thiểu số, nguyên tố pha tạp, bản chất của nguyên tố pha tạp, mật độ hạt tải điện, mức Fermi, mức năng lượng, hướng chuyển động của hạt tải điện đa số, v.v. Sự khác biệt giữa hai loại này được liệt kê trong bảng dưới đây.
| Đặc điểm | Chất bán dẫn loại P | Chất bán dẫn loại N |
| Cấu tạo | Được tạo ra bằng cách thêm tạp chất hóa trị III vào chất bán dẫn tinh khiết | Được tạo ra bằng cách thêm tạp chất hóa trị V vào chất bán dẫn tinh khiết |
| Nguyên lý | Khi thêm tạp chất vào chất bán dẫn, nó sẽ tạo ra lỗ trống, nên được gọi là nguyên tử nhận (acceptor) | Khi thêm tạp chất vào chất bán dẫn, nó sẽ tạo ra electron, được gọi là nguyên tử cho (donor) |
| Nguyên tố pha tạp | Các nguyên tố nhóm III như: Ga, Al, In,… | Các nguyên tố nhóm V như: As, P, Bi, Sb,… |
| Hạt mang điện | Các lỗ trống (mang điện “+”) chiếm đa số và các electron (mang điện “-“) chiếm thiểu số |
Các lỗ trống (mang điện “-“) chiếm đa số và các electron (mang điện “+”) chiếm thiểu số |
| Mức Fermi | Nằm giữa mức năng lượng của acceptor và dải hóa trị. | Nằm giữa mức năng lượng của donor và dải dẫn. |
| Mật độ hạt tải điện | Mật độ lỗ trống cao hơn so với mật độ electron (nh >> ne) | Mật độ electron cao hơn so với mật độ lỗ trống (ne >> nh) |
| Hướng chuyển động điện tích | Từ nơi có điện thế cao đến điện thế thấp | Từ nơi có điện thế thấp đến điện thế cao |
| Điện tích | Mang điện tích dương do nồng độ lỗ trống cao | Mang điện tích âm do nồng độ electron cao |
| Mức dẫn điện | Khả năng dẫn điện kém | Khả năng dẫn điện tốt |
| Ứng dụng | Phù hợp với ứng dụng cần khả năng dẫn điện thấp, điều tiết dòng điện tốt như pin mặt trời, bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực | Phù hợp ứng dụng cần khả năng truyền tải điện nhanh như bóng bán dẫn, mạch tích hợp, đi ốt, |
Chất bán dẫn loại N và loại P được xem là những khối xây dựng cơ bản của thiết bị điện tử hiện đại. Các đặc điểm và hành vi độc đáo của chúng đã cho phép phát triển nhiều loại thiết bị điện tử đã biến đổi cách chúng ta sống và làm việc. Từ bóng bán dẫn và điốt đến pin mặt trời và thiết bị nhiệt điện, chất bán dẫn loại N và loại P tiếp tục thúc đẩy những tiến bộ công nghệ.
Mặc dù vẫn còn nhiều thách thức và hạn chế, nhưng hoạt động nghiên cứu và phát triển liên tục trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn hứa hẹn sẽ vượt qua những rào cản này và mở ra tiềm năng lớn hơn nữa. Khi chúng tôi tiếp tục mở rộng ranh giới của những gì có thể, thế giới bán dẫn loại N và loại P chắc chắn sẽ đóng vai trò trung tâm trong việc định hình tương lai của công nghệ.
Hỏi Đáp
Các nguyên tố hóa trị III nào được sử dụng trong chất bán dẫn loại P
-> Bao gồm Ga (Gali), Al (Nhôm)
Các nguyên tố hóa trị V nào được sử dụng trong chất bán dẫn loại N
-> Bao gồm As (Asen), P (Phốt pho), Bi (Bitmut), Sb (Antimon)
Mật độ lỗ trống trong chất bán dẫn loại P là gì?
-> Mật độ lỗ trống cao hơn mật độ electron (nh >> ne)
Mật độ electron trong chất bán dẫn loại N là gì?
-> Mật độ electron cao hơn mật độ lỗ trống (ne >> nh)
