Chất bán dẫn (Semiconductor) là những vật liệu có khả năng dẫn điện nằm trung gian giữa chất

Chất bán dẫn (Semiconductor) là những vật liệu có khả năng dẫn điện nằm trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Ở nhiệt độ rất thấp, chất bán dẫn tinh khiết có điện trở suất rất lớn và cư xử như một chất cách điện hoàn hảo. Tuy nhiên, khi ở nhiệt độ phòng hoặc khi được chiếu sáng, độ dẫn điện của chúng tăng lên đáng kể. Ứng dụng thực tế đầu tiên của loại vật liệu này xuất hiện vào năm 1904 với thiết bị dò sóng "râu mèo" (Cat's-whisker detector) sử dụng một đi-ốt bán dẫn thô sơ. Về sau, những đột phá trong vật lý lượng tử đã dẫn đến việc phát minh ra bóng bán dẫn (transistor) vào năm 1947 và mạch điện tích hợp (IC) đầu tiên vào năm 1958.

Ngày nay, tuy vật liệu bán dẫn thô không được bày bán phổ thông tại các cửa hàng như một thiết bị điện thông thường, nhưng nó lại là nền tảng cấu tạo của hầu hết các thiết bị công nghệ. Ví dụ, cảm biến nhiệt trong máy điều hòa hay hệ thống mạch điều khiển của nồi cơm điện đều dùng vật liệu bán dẫn để kiểm soát nhiệt độ chính xác. Bộ vi xử lý (CPU) của máy tính, điện thoại di động, máy ảnh kĩ thuật số, thiết bị điện gia dụng và bóng đèn LED đều được chế tạo từ nền tảng bán dẫn.

Ngoài lĩnh vực tiêu dùng, chất bán dẫn còn đóng vai trò cốt lõi trong các hệ thống hạ tầng xã hội như trạm rút tiền ATM, máy chủ internet, trạm phát sóng viễn thông, mạng lưới y tế công cộng và hệ thống định vị giao thông. Việc sử dụng các linh kiện bán dẫn thế hệ mới cũng giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải, tiết kiệm điện năng và góp phần bảo vệ môi trường toàn cầu.

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Nhận biết

Các linh kiện điện tử cơ bản làm từ chất bán dẫn như quang điện trở hay pin quang điện hoạt động chủ yếu dựa trên hiện tượng vật lí nào dưới đây?

A. Hiện tượng quang điện ngoài.

B. Hiện tượng quang - phát quang.

C. Hiện tượng quang điện trong.

D. Hiện tượng phát xạ nhiệt electron.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980378

Phương pháp giải

Sử dụng kiến thức lý thuyết về hiện tượng quang điện trong ở chất bán dẫn.

Giải chi tiết

Quang điện trở và pin quang điện đều được chế tạo từ chất bán dẫn. Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào khối bán dẫn, các electron liên kết hấp thụ photon và bứt ra khỏi liên kết trở thành electron dẫn, đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện. Đây chính là hiện tượng quang điện trong.

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 2:

Vận dụng

Năng lượng kích hoạt là năng lượng cần thiết để giải phóng 1 electron liên kết thành 1 electron dẫn của chất bán dẫn Silic (Si) là $1,12\text{eV}$. Lấy $e = 1,6 \cdot 10^{- 19}\text{C}$; $h = 6,625 \cdot 10^{- 34}\text{J}\text{.s}$; $c = 3 \cdot 10^{8}\text{~m/s}$. Giới hạn quang dẫn của khối Silic này xấp xỉ bằng:

A. $1,11\mu\text{m}$.

B. $1,88\mu\text{m}$.

C. $0,55\mu\text{m}$.

D. $2,22\mu\text{m}$.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980379

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính giới hạn quang dẫn: $\lambda_{0} = \dfrac{hc}{A}$. Chú ý đổi đơn vị của năng lượng kích hoạt từ eV sang Jun (J).

Giải chi tiết

Năng lượng kích hoạt $A = 1,12\text{eV} = 1,792 \cdot 10^{- 19}\text{J}$.

Giới hạn quang dẫn của Silic là:

$\lambda_{0} = \dfrac{hc}{A} = \dfrac{6,625 \cdot 10^{- 34} \cdot 3 \cdot 10^{8}}{1,792 \cdot 10^{- 19}} \approx 1,109 \cdot 10^{- 6}\text{m} = 1,11\mu\text{m}$.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 3:

Vận dụng

Một khối chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là $\lambda_{0} = 0,90\mu\text{m}$. Chiếu vào khối chất bán dẫn đó lần lượt các chùm bức xạ đơn sắc có tần số $f_{1} = 3,0 \cdot 10^{14}\text{Hz}$; $f_{2} = 4,5 \cdot 10^{14}\text{Hz}$; $f_{3} = 2,5 \cdot 10^{13}\text{Hz}$ và $f_{4} = 6,0 \cdot 10^{14}\text{Hz}$. Lấy $c = 3 \cdot 10^{8}\text{m/s}$. Hiện tượng quang dẫn sẽ xảy ra với các chùm bức xạ có tần số là:

A. $f_{1}$ và $f_{2}$.

B. $f_{1}$ và $f_{3}$.

C. $f_{2}$ và $f_{4}$.

D. $f_{3}$ và $f_{4}$.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980380

Phương pháp giải

Tính tần số giới hạn $f_{0} = \dfrac{c}{\lambda_{0}}$. Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang dẫn là bức xạ kích thích phải có tần số $f \geq f_{0}$.

Giải chi tiết

Tần số giới hạn của chất quang dẫn là:

$f_{0} = \dfrac{c}{\lambda_{0}} = \dfrac{3 \cdot 10^{8}}{0,90 \cdot 10^{- 6}} = 3,33 \cdot 10^{14}\text{Hz}$.

So sánh các giá trị tần số bức xạ chiếu vào:

$f_{1} = 3,0 \cdot 10^{14}\text{Hz} < f_{0}$ (Không gây ra hiện tượng quang dẫn).

$f_{2} = 4,5 \cdot 10^{14}\text{Hz} > f_{0}$ (Gây ra hiện tượng quang dẫn).

$f_{3} = 2,5 \cdot 10^{13}\text{Hz} < f_{0}$ (Không gây ra hiện tượng quang dẫn).

$f_{4} = 6,0 \cdot 10^{14}\text{Hz} > f_{0}$ (Gây ra hiện tượng quang dẫn).

Vậy hiện tượng quang dẫn xảy ra với bức xạ có tần số $f_{2}$ và $f_{4}$.

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 4:

Thông hiểu

Dựa vào đoạn thông tin đọc hiểu và kiến thức vật lí về đặc tính của vật liệu, các phát biểu sau đây là đúng hay sai?

	Đúng	Sai
a) Ở nhiệt độ rất thấp (gần độ không tuyệt đối), một khối chất bán dẫn tinh khiết sẽ dẫn điện rất tốt giống như kim loại.
b) Sự ra đời của bóng bán dẫn (transistor) và mạch tích hợp (IC) đã đánh dấu bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển của các thiết bị viễn thông và máy tính điện tử.
c) Điện trở suất của chất bán dẫn tinh khiết có đặc điểm là luôn tăng tỉ lệ thuận khi nhiệt độ của môi trường tăng lên.
d) Cảm biến nhiệt độ dùng trong hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên đặc tính điện trở của chất bán dẫn thay đổi rất nhạy theo nhiệt độ.

Đáp án đúng là: S; Đ; S; Đ

Xem lời giải

Câu hỏi:980381

Phương pháp giải

Khai thác thông tin trực tiếp từ đoạn văn bản kết hợp lý thuyết về sự phụ thuộc của điện trở suất chất bán dẫn vào nhiệt độ.

Giải chi tiết

Ý a) Sai. Văn bản nêu rõ: "Ở nhiệt độ rất thấp, chất bán dẫn tinh khiết có điện trở suất rất lớn và cư xử như một chất cách điện hoàn hảo".

Ý b) Đúng. Văn bản xác nhận việc phát minh ra bóng bán dẫn (1947) và mạch tích hợp (1958) là tiền đề để chế tạo bộ vi xử lý và các hệ thống viễn thông, y tế hiện đại.

Ý c) Sai. Khác với kim loại, khi nhiệt độ tăng, mật độ hạt tải điện trong chất bán dẫn tăng mạnh làm cho độ dẫn điện tăng lên, tức là điện trở suất giảm xuống.

Ý d) Đúng. Đây là ứng dụng thực tế của điện trở nhiệt bán dẫn (thermistor), dùng để kiểm soát nhiệt độ trong điều hòa, nồi cơm điện do điện trở của nó thay đổi rõ rệt khi nhiệt độ thay đổi.

Đáp án cần chọn là: S; Đ; S; Đ

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Một quang điện trở được chế tạo từ chất bán dẫn. Đặt một hiệu điện thế không đổi $U = 5\text{V}$ vào hai đầu quang trở này. Khi đặt quang trở trong phòng tối, cường độ dòng điện chạy qua nó là $20\mu\text{A}$. Khi chiếu một chùm sáng có bước sóng thích hợp vào quang trở, điện trở của nó giảm đi 50 lần so với lúc ở trong phòng tối. Cường độ dòng điện chạy qua quang điện trở lúc được chiếu sáng bằng bao nhiêu miliampe (mA)? (Đáp án làm tròn đến hàng đơn vị)

Đáp án:

Đáp án đúng là: 1

Xem lời giải

Câu hỏi:980382

Phương pháp giải

Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch: $I = \dfrac{U}{R}$. Điện trở giảm đi bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện sẽ tăng lên bấy nhiêu lần (khi hiệu điện thế không đổi).

Giải chi tiết

Khi hiệu điện thế $U$ giữ không đổi, cường độ dòng điện tỉ lệ nghịch với điện trở ($\left. I \right.\sim\dfrac{1}{R}$).

Do điện trở khi chiếu sáng giảm 50 lần ($R_{sang} = \dfrac{R_{toi}}{50}$), nên cường độ dòng điện khi chiếu sáng sẽ tăng 50 lần so với khi để trong tối:

$I_{sang} = 50 \cdot I_{toi} = 50 \cdot 20 = 1000\mu A = 1mA\ $.

Đáp án cần điền là: 1

Câu hỏi số 6:

Nhận biết

Trong cấu tạo của bóng đèn LED (đi-ốt phát quang) - một trong những ứng dụng phổ biến của chất bán dẫn được nhắc đến trong bài, sự chuyển hóa năng lượng chủ yếu diễn ra theo quá trình nào sau đây khi đèn hoạt động ổn định?

A. Nhiệt năng chuyển hóa thành quang năng.

B. Hóa năng chuyển hóa thành điện năng.

C. Điện năng chuyển hóa thành quang năng.

D. Quang năng chuyển hóa thành điện năng.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980383

Phương pháp giải

Vận dụng lý thuyết về tác dụng phát sáng của dòng điện qua vật liệu bán dẫn (LED).

Giải chi tiết

Bóng đèn LED hoạt động dựa trên sự tái hợp của electron và lỗ trống ở lớp tiếp xúc p-n khi có dòng điện chạy qua. Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng, tức là đã có sự biến đổi trực tiếp từ năng lượng điện (điện năng) thành năng lượng ánh sáng (quang năng).

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 7:

Nhận biết

Dựa vào đoạn thông tin đọc hiểu, thiết bị nào sau đây đánh dấu sự xuất hiện ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn trong lịch sử công nghệ?

A. Máy dò sóng "râu mèo" (Cat's-whisker detector).

B. Mạch điện tích hợp (IC) dùng cho viễn thông.

C. Bóng bán dẫn (Transistor) dùng trong máy tính.

D. Cảm biến nhiệt độ hệ thống điều hòa.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980384

Phương pháp giải

Đọc kỹ các mốc thời gian và chi tiết lịch sử được cung cấp ở đoạn văn bản đầu tiên.

Giải chi tiết

Đoạn thông tin có câu: Ứng dụng thực tế đầu tiên của loại vật liệu này xuất hiện vào năm 1904 với thiết bị dò sóng "râu mèo" (Cat's-whisker detector) sử dụng một đi-ốt bán dẫn thô sơ.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 8:

Thông hiểu

Đối với các linh kiện bán dẫn như mạch tích hợp (IC) hay CPU máy tính, người ta thường phải pha tạp chất vào bán dẫn tinh khiết để tạo ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p. Trong chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm), hạt tải điện cơ bản (chiếm đa số) đóng vai trò dẫn điện là hạt nào?

A. Lỗ trống.

B. Ion dương.

C. Electron dẫn.

D. Ion âm.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980385

Phương pháp giải

Sử dụng kiến thức lý thuyết về chất bán dẫn tạp chất (chất bán dẫn loại n và loại p).

Giải chi tiết

Chất bán dẫn loại n được tạo ra bằng cách pha tạp chất thuộc nhóm V (như Photpho, Asen) vào bán dẫn tinh khiết (nhóm IV). Mỗi nguyên tử tạp chất sẽ đóng góp một electron tự do. Do đó, mật độ electron dẫn lớn hơn rất nhiều so với mật độ lỗ trống, nên electron dẫn là hạt tải điện cơ bản (đa số) trong bán dẫn loại n.

Đáp án cần chọn là: C

Quảng cáo

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòng- Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.