Vì sao vật liệu bán dẫn lại trở thành vật liệu chủ yếu trong kỹ thuật điện tử?

Nhắc đến chất bán dẫn, nhiều người thường nghĩ ngay đến các linh kiện trong đài thu thanh. Thực ra, việc sử dụng vật liệu bán dẫn trong radio chỉ là một trong rất nhiều ứng dụng của loại vật liệu này.

Có thể nói, nếu không có vật liệu bán dẫn thì các ngành kỹ thuật hiện đại như công nghiệp điện tử, máy tính và thông tin khó có thể phát triển đến trình độ cao như ngày nay.

Dựa vào độ lớn nhỏ của điện trở suất, người ta chia vật liệu thành các nhóm như vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện và vật liệu bán dẫn nằm ở giữa hai nhóm đó. Vật liệu dẫn điện có điện trở suất rất thấp nên thường được dùng để truyền tải dòng điện. Vật liệu cách điện có điện trở suất cao, khiến dòng điện khó đi qua. Còn vật liệu bán dẫn có điện trở và khả năng dẫn điện nằm giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện.

Vật liệu bán dẫn được phát minh tại phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ. Nhìn bên ngoài, chúng không quá nổi bật, kích thước nhỏ, nhiều linh kiện phải dùng kính phóng đại lớn mới thấy rõ. Nhưng so với các ống điện tử cồng kềnh trước kia, linh kiện bán dẫn cần ít điện hơn, tiêu hao năng lượng thấp hơn và sinh ra ít nhiệt hơn.

Vật liệu bán dẫn có hai đặc điểm rất rõ trong quá trình dẫn điện. Thứ nhất, điện trở suất của nó thay đổi rất mạnh tùy theo hàm lượng tạp chất. Chẳng hạn, trong một tấm bán dẫn silic, chỉ cần chứa một phần trăm triệu bo thì điện trở suất có thể giảm xuống còn một phần nghìn so với ban đầu. Thứ hai, nhiệt độ và ánh sáng cũng ảnh hưởng đến điện trở suất; nhiều vật liệu bán dẫn còn chịu tác động của điện trường và từ trường. Những vật liệu thường dùng để chế tạo chất bán dẫn gồm silic, gecmani và một số chất khác.

Nhờ có thể chế tạo thành các linh kiện cực nhỏ, vật liệu bán dẫn được dùng để tạo ra mạch tích hợp và mạch tích hợp quy mô rất lớn. Trên các mạch này có thể chứa hàng vạn linh kiện bán dẫn nhỏ, giúp máy tính, tivi và nhiều thiết bị điện tử trở nên gọn nhẹ hơn nhiều. Dựa vào tính nhạy với ánh sáng và nhiệt độ của vật liệu bán dẫn, người ta còn chế tạo được điốt quang điện dùng trong cảm quang, cảm biến điện, phát điện bằng năng lượng Mặt Trời và kỹ thuật điều khiển ánh sáng.

Chính nhờ những ưu điểm nổi bật đó, vật liệu bán dẫn đã trở thành một trong những vật liệu chủ yếu của kỹ thuật điện tử hiện đại.