สารบัญ
เรื่องของสารกึ่งตัวนำ เป็นอีกสิ่งที่เด็ก ๆ สายวิทย์ต้องทำความรู้จักเพื่อต่อยอดการเรียนรู้ให้กับตนเอง ซึ่งต้องขออธิบายเบื้องต้นก่อนว่าการค้นพบสารชนิดดังกล่าวคือการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ในโลกและเปลี่ยนหลายสิ่งให้เติบโตพร้อมพัฒนาแบบก้าวกระโดด ลองมาทำความรู้จักข้อมูลต่าง ๆ เบื้องต้นเพื่อเสริมการเรียนรู้ของตนเองได้เลย เข้าใจไม่ยากอย่างที่คิด
สารกึ่งตัวนำ คืออะไร
สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) คือ ธาตุ สารหรือวัสดุที่มีคุณสมบัติด้านการนำไฟฟ้าโดยอยู่ระหว่างสถานะตัวนำและฉนวน อธิบายอีกมุมคือเป็นสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว ส่งผลให้แรงยึดเหนี่ยวของอะตอมอยู่ในระดับปานกลาง สถานะของการนำไฟฟ้าจึงขึ้นอยู่กับการเติมสิ่งเจือปน หากมีพลังงานจ่ายให้กับสารชนิดนี้ตามขั้วระดับหนึ่งภายใต้ปริมาณเหมาะสมก็จะอยู่ในสถานะตัวนำไฟฟ้า แต่ถ้ามีการจ่ายไปยังขั้วที่สลับกันก็กลายเป็นฉนวนไฟฟ้า
ชนิดของสารกึ่งตัวนำ
ตามหลักทางวิทยาศาสตร์แล้วสารกึ่งตัวนำสามารถแบ่งออกได้ 2 ชนิด ประกอบไปด้วย
1. สารกึ่งตัวนำชนิด N
มีการเติมสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอก 3 ตัว ทำให้สารกึ่งตัวนำมีประจุพาหะฝั่งมากเป็นลบ ขณะที่ประจุพาหะฝั่งน้อยเป็นโฮล (ค่าบวก) (โฮล คือ การมีสภาวะขาดอิเล็กตรอน หรือเกิดช่องว่างของอิเล็กตรอนมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอนอิสระ)
2. สารกึ่งตัวนำชนิด P
มีการเติมสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอก 5 ตัว ทำให้เกิดจำนวนอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าจำนวนโฮล เพราะอิเล็กตรอนคือพาหะส่วนใหญ่และมีค่าเป็นลบ ขณธที่โฮลเป็นพาหะส่วนน้อย
รอยต่อของ PN
รอยต่อ PN คือ รูปแบบของการนำเอาสารกึ่งตัวนำทั้งชนิด P และ N เชื่อมต่อกัน ส่งผลให้อิเล็กตรอนและโฮลตรงจุดใกล้รอยต่อเกิดการรวมตัวกลายเป็นปรากฏการณ์เคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสาร N ข้ามไปจับกับโฮลในสาย P ส่งผลให้เกิดสภาวะเป็นกลาง ปราศจากประจุไฟฟ้าบริเวณรอยต่อ (บริเวณปลอดพาหะ) ตรงรอยต่อ P จะสูญเสียโฮล ศักดาไฟจึงเป็นลบ ส่วนตรงรอยต่อ N จะสูญเสียอิเล็กตรอน ศักดาไฟจึงเป็นบวก เกิดแรงดันไฟฟ้าคร่อมรอยต่อของ PN
การไบแอสรอยต่อ PN
1. การไบแอสตรง (Forward Bias)
การจ่ายไฟขั้วบวกไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด P กับแหล่งขั้วต่อลบ ของสารกึ่งตัวนำชนิด N อิเล็กตรอนจำนวนมากของ N จึงข้ามไปยังรอยต่อ มีกระแสไฟมหาศาลไหลผ่าน PN
2. การไบแอสสลับ (Reverse Bias)
การจ่ายไฟขั้วบวกไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด N และขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟเข้าไปสาร P เมื่อต่อไบแอสกลับจะส่งผลให้เกิดบริเวณปลอดพาหะกว้างกว่าเดิม กระแสไฟฟ้าไหลสู่รอยต่อได้ รอยต่อจึงคล้ายกับการเป็นฉนวน
นี่คือเนื้อหาคร่าว ๆ ที่น่าสนใจของสารกึ่งตัวนำ ไม่ใช่เรื่องยากอย่างที่คิด ส่วนเด็ก ๆ คนไหนวางแผนการเรียนของตนเองเพื่อสอบเข้า สอวน. ก็ขอแนะนำ “คอร์ส สอวน. เคมีกับครูปีโป้” เนื้อหาครบถ้วน สอนสนุก เข้าใจง่าย ผู้ช่วยที่จะทำให้การสอบของทุกคนทำได้ตามเป้าหมาย
