Vật dẫn, vật cách điện và bán dẫn khác nhau thế nào?

Bạn sẽ học được gì

• So sánh ba loại vật liệu trên cùng một tiêu chí.
• Nối tính dẫn điện của vật liệu với vai trò của nó trong linh kiện.
• Giải thích vì sao bán dẫn hữu ích cho việc điều khiển dòng điện.

Cần biết trước

Không cần kiến thức chuyên môn; các thuật ngữ được giải thích ngay trong bài.

Ba loại vật liệu khác nhau ở tiêu chí nào?

Tiêu chí chung là cách vật liệu đối xử với dòng điện. Vật dẫn cho dòng điện đi qua. Vật cách điện cản dòng điện. Bán dẫn mang tính chất của cả hai: trong điều kiện này nó dẫn điện, trong điều kiện khác nó cản.

Bảng này so sánh cách dùng, không phải số đo của một mẫu cụ thể. Dẫn nhiều không luôn tốt hơn dẫn ít, vì mỗi vai trò cần một tính chất khác.

Ở cấp nguyên tử có một gợi ý về lý do. Hầu hết nguyên tố dẫn điện thông dụng có một electron ở lớp ngoài cùng. Bán dẫn có bốn. Chi tiết này, cùng các yếu tố khác, làm tinh thể bán dẫn thích hợp để điều khiển dòng điện.

Vì sao một linh kiện cần cả ba vai trò?

Linh kiện bán dẫn dùng cả vật dẫn lẫn vật cách điện để điều khiển dòng điện. Vật dẫn cho dòng điện đi qua, vật cách điện cản nó, và sự kết hợp hai vai trò đó cho phép quyết định dòng điện đi đâu.

Hình hai dải mạch song song cho thấy ý này. Hai dải là phần dẫn, dải ở giữa là phần ngăn cách. Vai trò khác nhau thì tính chất cần có cũng khác, nên người thiết kế cần biết mỗi phần đóng vai trò gì chứ không chỉ biết nó làm từ gì.

Bán dẫn thêm khả năng gì?

Bán dẫn thêm khả năng điều khiển. Độ dẫn điện của nó thay đổi theo dòng điện và điện áp, nên transistor làm từ bán dẫn bật hoặc tắt theo thay đổi điện áp.

Kỹ sư còn chỉnh được mức dẫn bằng pha tạp: cố ý đưa nguyên tử tạp chất vào tinh thể để thay đổi tính chất điện. Nhờ vậy bán dẫn dùng được làm công tắc và làm chip.

Ví dụ trong đời sống

Hãy hình dung một đoạn mạch đèn nhỏ. Dây dẫn mang dòng điện tới đèn. Lớp cách điện giữ dòng điện ở đúng đường. Một công tắc bán dẫn nằm giữa quyết định dòng điện có đi qua hay không.

Hỏi ba câu cho từng phần: nó cho dòng điện qua, cản lại hay thay đổi theo điều kiện, và vì thế nó làm vai trò gì? Trả lời được ba câu cho cả ba phần nghĩa là bạn đã dùng đúng tiêu chí so sánh.

Hiểu lầm thường gặp

Bán dẫn là loại vật liệu, chưa phải linh kiện. Linh kiện như transistor mới là thứ dùng bán dẫn làm công tắc.

Cách điện không phải là thứ vô dụng trong mạch. Nó cản dòng điện, và vai trò đó cũng cần như vai trò dẫn điện.

Bán dẫn không dẫn điện ở một mức cố định. Mức dẫn thay đổi theo điều kiện như điện áp.

Câu hỏi thường gặp

Bán dẫn dẫn điện hay cách điện?

Cả hai, tùy điều kiện. Nó có thể dẫn điện trong điều kiện này và cản trong điều kiện khác.

Vật cách điện có dùng trong linh kiện bán dẫn không?

Có. Linh kiện bán dẫn dùng cả vật dẫn lẫn vật cách điện để điều khiển dòng điện.

Pha tạp làm gì cho bán dẫn?

Pha tạp cố ý thay đổi tính chất điện của tinh thể, làm vật liệu dẫn điện nhiều hơn hoặc ít hơn.

Tóm tắt

• Vật dẫn cho dòng điện đi qua; vật cách điện cản; bán dẫn tùy điều kiện.
• Linh kiện dùng cả vật dẫn và vật cách điện để điều khiển dòng điện.
• Bán dẫn cho phép điều khiển, và pha tạp chỉnh mức dẫn của nó.