Chất nào là chất quang dẫn?

Quang dẫn là một hiện tượng quang - điện trong đó vật liệu trở nên dẫn điện hơn do sự hấp thụ bức xạ điện từ như ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia cực tím hoặc bức xạ gamma.

Dưới đây là lời giải chi tiết cho câu hỏi: “Chất nào là chất quang dẫn?” kèm với phần giải thích dễ hiểu và kiến thức vận dụng do Top lời giải biên soạn hay nhất, qua đó là tài liệu học tập hữu ích dành cho các bạn học sinh ôn tập tốt hơn

Trắc nghiệm: Chất nào là chất quang dẫn?

A. Cu

B. Pb

C. PbS

D. Al

Trả lời:

Đáp án đúng: C. PbS

PbS là chất quang dẫn

Kiến thức vận dụng để trả lời câu hỏi.

1. Quang dẫn là gì?

Quang dẫn là một hiện tượng quang - điện trong đó vật liệu trở nên dẫn điện hơn do sự hấp thụ bức xạ điện từ như ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia cực tím hoặc bức xạ gamma.

Theo hiệu ứng quang điện khi photon được hấp thụ bởi một vật liệu như chất bán dẫn, số lượng electron tự do và lỗ trống điện tử tăng lên, dẫn đến làm tăng tính dẫn điện của nó.

Để gây ra sự kích thích, ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn phải có đủ năng lượng để nâng các electron vượt qua vùng dải khe (band gap), hoặc để kích thích các pha tạp trong vùng khe của dải. Khi có thiên áp phân cực và điện trở tải được đấu nối tiếp vào mạch chứa linh kiện này, có thể đo được sự sụt giảm điện áp trên các điện trở tải khi sự thay đổi độ dẫn điện của vật liệu thay đổi dòng điện qua mạch.

Các ví dụ cổ điển về vật liệu quang dẫn là Điện trở quang (Photoresistor) dùng PbS. Ngày nay còn có:

Polymer dẫn điện như N-Vinylcarbazole, được sử dụng rộng rãi trong photocopy (xerography);

Chì(II) sulfide, được sử dụng trong các ứng dụng tầm nhiệt hồng ngoại, như trong Sidewinder của Mỹ, và trong tên lửa tầm nhiệt hồng ngoại Vympel K-13 của Liên Xô (nay là Nga);

Selen, được sử dụng trong truyền hình thời sơ kỳ, và trong xerography.

2. Một số khái niệm liên quan đến hiện tượng quang dẫn.

a. Chất quang dẫn

Chất quang dẫn là những vật liệu có tính chất dẫn điện kém nhưng khi được chiếu sáng với tia thích hợp sẽ trở thành chất dẫn điện tốt.

Hiện nay có rất nhiều chất bán dẫn cũng là chất quang dẫn được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu và sản xuất như các loại polyme dẫn điện như N-Vinylcarbazole được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực in ấn – photocopy, chì (II) sunfua được sử dụng trong công nghệ tầm nhiệt hồng ngoại trong một số loại tên lửa hiện đại hiện nay như Sidewinder của Mỹ hay Vympel K-13 của Nga, ….

b. Quang điện trở

Quan điện trở là một loại linh kiện có bản chất là một điện trở được làm bằng vật liệu là chất quang dẫn. Cấu tạo cơ bản của linh kiện này là một sợi dây được làm bằng chất quang dẫn được gắn trên một phần đế không dẫn điện.

Quang điện trở được ứng dụng khá nhiều hiện nay nhờ khả năng thay đổi trị số rất lớn, có thể từng mức M khi không chiếu sáng và giảm chỉ còn vài sau khi được chiếu sáng bằng loại tia thích hợp.

c. Quang dẫn âm

Quang dẫn âm là hiện tượng tính quang dẫn của vật liệu giảm dần sau một thời gian tiếp xúc với ánh sáng. Quang dẫn âm không xuất hiện ở tất cả các vật liệu quang dẫn.

Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy các vật liệu cấu tạo từ silicon vô định hình có sự suy giảm tính quang dẫn khá lớn. Một số vật liệu khác cũng có tính quang dẫn âm được ghi nhận tới thời điểm hiện nay có thể kể tới như Molypden disunfua, graphen, dây nano indi asenua và các kim loại ở dạng hạt nano…

d. Quang từ

Các nghiên cứu được công bố năm 2016 cho thấy một số vật liệu quang dẫn có khả năng sở hữu một trật tự từ tính xác định. Một trong những vật liệu đầu tiên được xác nhận về tính chất quang từ là CH₃NH₃(Mn:Pb)I3. Việc phát hiện ra hiện tượng này, chúng ta có thể ứng dụng được sự nóng chảy từ hóa cảm ứng ánh sáng trong việc chế tạo các thiết bị quang học cũng như công nghệ lưu trữ dữ liệu.

Xem thêm:

>>> Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng

3. Ứng dụng của chất quang dẫn

Sự phát hiện ra hiện tượng quang điện được coi là bước phát triển mới trong công nghệ chế tạo. Hiện tượng này được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống như:

Chế tạo pin mặt trời: Pin mặt trời hay tấm năng lượng mặt trời hoặc tấm quang điện. Nó có tác dụng chuyển năng lượng ánh sáng mà chúng thu về thành điện năng. Bề mặt tấm năng lượng này được chế tạo từ nhiều tế bào quang điện và phần tử bán dẫn. Đây là một trong những ứng dụng phổ biến của hiện tượng quang điện.

Chế tạo quang điện trở: quang điện trở là điện trở được làm từ chất quang dẫn. Nó có cấu tạo gồm một sợi dây làm bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

Chế tạo điốt (Photodiode) là loại điốt bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon thành điện tích dựa trên hiệu ứng quang điện. Nó được ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật điện tử, các thiết bị đo đạc, truyền dẫn thông tin,…

Hiện tượng quang dẫn còn được ứng dụng để tạo ra các cảm biến ghi ảnh như CCD. Cảm biến này giúp chuyển đổi hình ảnh quang học sang tín hiệu điện sử dụng trong các thiết bị camera.

Chế tạo đèn nhân quang điện: Đây là một linh kiện điện tử chân không nằm trong nhóm đèn photo. Thiết bị này thực hiện cảm biến photon theo hiện tượng quang điện từ đó tạo ra điện tích.