Kiến thức Phổ thông

Dòng điện trong chất bán dẫn là gì? Tìm hiểu sự dẫn (điện, nhiệt, âm thanh) trong vật lý

Dòng điện trong chất bán dẫn hoạt động như thế nào?

Trong kim loại, mức Fermi nằm trong dải dẫn dẫn tạo ra các electron dẫn tự do. Tuy nhiên, trong chất bán dẫn, vị trí của mức Fermi nằm trong khoảng cách của dải, khoảng một nửa giữa mức tối thiểu của dải dẫn (đáy của dải năng lượng điện tử đầu tiên không được lấp đầy) và cực đại của dải hóa trị (đỉnh của dải bên dưới vùng dẫn dải, của mức năng lượng điện tử đầy). Điều đó áp dụng cho các chất bán dẫn nội tại (không pha tạp).

Điều này có nghĩa là ở nhiệt độ không tuyệt đối, sẽ không có các electron dẫn tự do và điện trở là vô hạn. Tuy nhiên, điện trở giảm khi mật độ hạt tải điện (tức là, không gây ra các biến chứng nào nữa, mật độ của các điện tử) trong dải dẫn tăng lên.

Trong các chất bán dẫn ngoài pha tạp (pha tạp), các nguyên tử dopant làm tăng nồng độ chất mang điện tích đa số bằng cách tặng các electron cho dải dẫn hoặc tạo ra các lỗ trống trong dải hóa trị. “Lỗ trống” là vị trí thiếu electron; những lỗ trống như vậy có thể hành xử theo cách tương tự như điện tử. Đối với cả hai loại nguyên tử của người cho hoặc người nhận, việc tăng mật độ dopant làm giảm sức đề kháng.

Do đó, các chất bán dẫn pha tạp cao hoạt động kim loại. Ở nhiệt độ rất cao, sự đóng góp của các chất mang nhiệt tạo ra chiếm ưu thế so với sự đóng góp từ các nguyên tử dopant và điện trở giảm theo cấp số nhân theo nhiệt độ.

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau. Trường hợp hai chất bán dẫn khác nhau được gắn với nhau, nó tạo ra một lớp tiếp xúc. Các tính chất của các hạt mang điện như electron, các ion và lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc này là cơ sở để tạo nên diot, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.

Xem thêm: Chất bán dẫn là gì?

Bản chất của dòng điện trong bán dẫn là gì?

Dòng điện trong bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

Làm thế nào để các electron di chuyển trong một chất bán dẫn?

Để di chuyển lỗ trống theo một hướng nhất định, các electron hóa trị di chuyển theo hướng ngược lại. Dòng điện tử trong chất bán dẫn loại N tương tự như các electron chuyển động trong dây kim loại. Các nguyên tử dopant loại N sẽ tạo ra các electron có sẵn để dẫn.

Định nghĩa sự truyền dẫn trong vật lý

Sự dẫn truyền đề cập đến việc truyền năng lượng thông qua sự chuyển động của các hạt tiếp xúc với nhau. Trong vật lý, từ “dẫn” được sử dụng để mô tả ba loại hành vi khác nhau, được xác định bởi loại năng lượng được truyền:

  • Dẫn nhiệt (hay dẫn nhiệt) là sự truyền năng lượng từ chất ấm hơn sang chất lạnh hơn thông qua tiếp xúc trực tiếp, chẳng hạn như ai đó chạm vào tay cầm của một miếng kim loại nóng.
  • Dẫn điện là việc truyền các hạt tích điện qua một phương tiện, chẳng hạn như điện đi qua các đường dây điện trong nhà bạn.
  • Dẫn âm (hay dẫn âm) là sự truyền sóng âm qua một môi trường, chẳng hạn như các rung động từ âm thanh lớn truyền qua tường.

Một vật liệu cung cấp sự dẫn tốt được gọi là vật dẫn, trong khi vật liệu cung cấp dẫn kém được gọi là vật liệu cách (điện).

Sự dẫn nhiệt là gì?

Dẫn nhiệt có thể được hiểu, ở cấp độ nguyên tử, khi các hạt vật lý truyền năng lượng nhiệt khi chúng tiếp xúc vật lý với các hạt lân cận. Điều này tương tự như giải thích về nhiệt theo lý thuyết động học của chất khí, mặc dù sự truyền nhiệt trong chất khí hoặc chất lỏng thường được gọi là đối lưu. Tốc độ truyền nhiệt theo thời gian được gọi là dòng nhiệt và được xác định bởi độ dẫn nhiệt của vật liệu, một đại lượng cho thấy mức độ dễ dàng dẫn nhiệt trong vật liệu.

Ví dụ, nếu một thanh sắt được nung nóng ở một đầu, như thể hiện trong hình trên, nhiệt được hiểu về mặt vật lý là sự rung động của các nguyên tử sắt riêng lẻ trong các thanh. Các nguyên tử ở phía lạnh hơn của thanh rung động với ít năng lượng hơn. Khi các hạt năng lượng rung động, chúng tiếp xúc với các nguyên tử sắt lân cận và truyền một phần năng lượng của chúng cho các nguyên tử sắt khác. Theo thời gian, đầu nóng của thanh mất năng lượng và đầu mát của thanh tăng năng lượng, cho đến khi toàn bộ thanh có cùng nhiệt độ. Đây là một trạng thái được gọi là cân bằng nhiệt.

Tuy nhiên, khi xem xét truyền nhiệt, ví dụ trên thiếu một điểm quan trọng: thanh sắt không phải là một hệ cô lập. Nói cách khác, không phải tất cả năng lượng từ nguyên tử sắt được nung nóng đều được truyền bằng cách dẫn vào các nguyên tử sắt lân cận. Trừ khi nó bị giữ bởi một chất cách nhiệt trong buồng chân không, thanh sắt cũng tiếp xúc vật lý với bàn hoặc đe hoặc vật khác, và nó cũng tiếp xúc với không khí xung quanh nó.

Khi các hạt không khí tiếp xúc với thanh, chúng cũng sẽ thu được năng lượng và mang nó ra khỏi thanh (mặc dù chậm, vì độ dẫn nhiệt của không khí không di chuyển là rất nhỏ). Thanh cũng nóng đến mức phát sáng, có nghĩa là nó đang tỏa ra một phần năng lượng nhiệt của nó dưới dạng ánh sáng. Đây là một cách khác trong đó các nguyên tử rung động đang mất năng lượng. Nếu để yên, thanh cuối cùng cũng sẽ hạ nhiệt và đạt trạng thái cân bằng nhiệt với không khí xung quanh.

Sự dẫn điện là gì?

Dẫn điện xảy ra khi một vật liệu cho phép một dòng điện đi qua nó. Việc này có khả thi hay không phụ thuộc vào cấu trúc vật lý của việc các electron liên kết trong vật liệu như thế nào và các nguyên tử có thể giải phóng một hoặc nhiều electron bên ngoài của chúng cho các nguyên tử lân cận dễ dàng như thế nào.

Mức độ mà vật liệu ức chế sự dẫn của dòng điện được gọi là điện trở của vật liệu. Một số vật liệu, khi được làm lạnh đến gần như bằng không, sẽ mất tất cả điện trở và cho phép dòng điện chạy qua chúng mà không mất năng lượng. Những vật liệu này được gọi là chất siêu dẫn.

Sự dẫn âm thanh là gì?

Âm thanh được tạo ra một cách vật lý bởi các rung động, vì vậy nó có lẽ là ví dụ rõ ràng nhất về sự dẫn truyền. Âm thanh làm cho các nguyên tử trong vật liệu, chất lỏng hoặc khí rung động và truyền hoặc dẫn âm thanh qua vật liệu. Chất cách âm là một vật liệu mà các nguyên tử riêng lẻ không dễ dàng rung động, làm cho nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong cách âm.

Phân rã phóng xạ và chu kỳ bán rã của đồng vị Beryllium - Tất cả các nguyên tử berili có bốn proton nhưng có thể có từ một đến mười neutron. Có mười đồng vị beryllium được biết đến, từ Be-5 đến Be-14. Nhiều đồng vị beryllium có nhiều đường phân rã tùy thuộc vào năng lượng tổng thể của hạt nhân và tổng số lượng tử động… Đọc thêm
Chủ đề trong bài
Show More
Back to top button
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker