Tìm hiểu: Chất quang dẫn là gì? Tính chất, ứng dụng

Meraki Center

Chất quang dẫn là một thuật ngữ chuyên ngành trong lĩnh vực khoa học và công nghệ. Với vai trò quan trọng trong lĩnh vực viễn thông và máy tính, chúng dần nhận được sự quan tâm của nhiều người sử dụng. Vậy bạn có biết những giả thuyết xung quanh loại vật liệu đặc biệt này là gì không? Ứng dụng thực tế của chúng là gì? Ngay bây giờ Meraki Center sẽ giúp bạn giải thích tất cả những câu hỏi này, hãy đọc ngay nhé!

1. Chất quang dẫn là gì?

Đây là loại vật liệu đặc biệt có khả năng điều chỉnh mức độ dẫn điện. Khả năng dẫn điện của vật liệu sẽ bị ảnh hưởng bởi lượng ánh sáng mà nó nhận được. Cụ thể như sau:

• Khi không có ánh sáng, chúng có đặc tính điện trở suất cao và không dẫn điện.
• Ngược lại, khi tiếp xúc với lượng ánh sáng vừa đủ, chúng có khả năng dẫn điện tốt với điện trở thấp.

Một số chất bán dẫn thông dụng như germanium (Ge), silicon (Si), CdS (cadmium sulfide),…

Một loại vật liệu đặc biệt có khả năng điều chỉnh mức độ dẫn điện

2. Cấu tạo của chất quang dẫn

Thông thường, chất quang dẫn được “bắt nguồn” từ vật liệu bán dẫn. Chúng được chia thành hai loại chính bao gồm chất bán dẫn loại P và loại N. Ban đầu, vật liệu này chỉ chứa silicon tinh thể – một chất không dẫn điện hiệu quả. Sau đó, để cải thiện tính dẫn điện, các hợp chất được thêm vào thông qua quá trình pha tạp.

Trong mỗi tế bào quang điện, lớp dưới được phủ một lớp boron, tạo thành điện cực dương (P). Trong khi đó, lớp trên được bao phủ bởi nguyên tố phốt pho, tạo thành điện cực âm (N). Đặc biệt, một tế bào quang điện chỉ có thể tạo ra một lượng điện nhỏ (tương đương vài W).

Vì vậy, chúng thường được kết nối với nhau để tạo thành các tấm pin mặt trời (PV). Các bảng này có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp để tạo thành các mô-đun lớn hơn. Hiện nay, có hai loại công nghệ chính: tấm silicon tinh thể (75%) và công nghệ màng mỏng/lọc (25%).

Cấu trúc đặc biệt của vật liệu quang dẫn

3. Hiện tượng quang điện bên trong là gì?

Đây là hiện tượng ánh sáng làm giải phóng một số electron từ trạng thái liên kết của vật liệu thành các electron dẫn. Đồng thời, chúng tạo ra các lỗ hỗ trợ cho quá trình dẫn điện. Quá trình này mang lại nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực công nghệ và năng lượng. Hơn nữa, chúng còn là một phương pháp mới để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

4. Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện bên trong

Hiện tượng quang điện bên trong chỉ xảy ra khi có đủ các điều kiện cần và đủ sau đây:

1. Năng lượng ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng năng lượng kích hoạt A. Nói cách khác, chúng phải đủ lớn để giải phóng các electron liên kết và chuyển thành electron dẫn (điều kiện: ε ≥ A).
2. Bước sóng λ của ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị bước sóng giới hạn λ₀ của chất quang dẫn.

Hầu hết các chất bán dẫn giới hạn tính quang dẫn ở vùng hồng ngoại. Vì vậy, bạn chỉ cần sử dụng một lượng ánh sáng kích thích trong khoảng này là có thể xảy ra hiện tượng quang điện.

Điều kiện cần và đủ để xảy ra hiện tượng quang điện bên trong

5. Chất quang dẫn có ứng dụng thực tế

Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, loại vật liệu này đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực. Không thể bỏ qua những công dụng nổi bật sau:

5.1. Hoạt động như một điện trở quang

Chất quang dẫn được tích hợp vào mạch và hoạt động như một điện trở độc lập. Nói cách khác, bây giờ chúng sẽ được gọi là điện trở quang hoặc điện trở ánh sáng. Điện trở quang được sử dụng để tạo ra bộ tách sóng quang (đây là thiết bị phổ biến để đo cường độ ánh sáng).

Chính vì đặc điểm này nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm máy đo ánh sáng. Loại đồng hồ này có mặt trong camera, đèn đường và máy dò hồng ngoại. Chúng thậm chí còn được sử dụng trong radio đồng hồ và hệ thống quang tử nano.

Hoạt động như một điện trở quang

5.2. Sản xuất đèn quang điện

Vật liệu quang dẫn được sử dụng để chế tạo đèn nhân quang. Đây là một loại linh kiện điện tử chân không thuộc danh mục đèn chụp ảnh. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến photon theo hiện tượng quang điện từ.

5.3. Pin quang điện

Đây là một trong những ứng dụng đặc biệt của chất quang dẫn. Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện, năng lượng ánh sáng sẽ được chuyển hóa thành điện năng. Loại điện này được dùng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử. Chúng có thể hỗ trợ hoạt động của mọi loại thiết bị như đèn LED hay hệ thống năng lượng mặt trời.

5.4. Chế tạo cảm biến ghi ảnh

Việc ứng dụng quang dẫn đã giúp tạo ra các cảm biến ghi ảnh như CCD. Chúng có khả năng chuyển đổi hình ảnh quang học thành tín hiệu điện. Nhờ đó, thiết bị có thể ghi lại mọi hình ảnh, chuyển động của vạn vật.

Thiết bị cảm biến ghi ảnh CCD

Có thể thấy chất quang dẫn đóng vai trò không thể thiếu trong nhiều linh kiện điện tử. Họ đã tạo ra sự đột phá, mang lại sự tiện lợi và tiến bộ đáng kể cho đời sống xã hội. Để tìm hiểu thêm chi tiết về các loại vật liệu đặc biệt khác, vui lòng liên hệ Meraki Center ngay hôm nay! Đơn vị cam kết hỗ trợ tận tình cho khách hàng.