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

Nhắc đến chất bán dẫn, đầu tiên mọi người sẽ nghĩ ngay đến chất bán dẫn trong đài thu thanh. Thực ra, sử dụng vật liệu bán dẫn trong đài (rađio) chỉ là một mặt ứng dụng của chất liệu này mà thôi.

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

Căn cứ vào độ cao thấp tỷ lệ điện trở của vật liệu, người ta có thế phân ra thành các loại vật liệu như dẫn điện, cách điện, đứng ở giữa hai loại vật liệu này là loại vật liệu bán dẫn. Tỷ lệ điện trở của vật liệu dẫn điện này là rất thấp, nó thường được dùng làm vật liệu để truyền tải dòng điện, chất cách điện có tỷ lệ điện trở cao, do vậy dòng điện không thể đi qua được. Còn điện trở và khả năng dẫn điện của vật liệu bán dẫn nằm ở khoảng giữa của vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện.

Vật liệu bán dẫn do phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ phát minh ra. Nhìn bề ngoài, chất bán dẫn không được bắt mắt lắm, nó có kích thước nhỏ, nhiều loại phải dùng kính phóng đại số lớn mới có thể nhìn rõ. Nhưng, nếu đem so sánh với thể tích ống điện tử lớn trước kia, vật liệu bán dẫn cần dùng điện nhỏ, do đó tiêu hao ít năng lượng, nhiệt lượng sinh ra ít hơn.

Vật liệu bán dẫn có hai đặc điểm rất rõ rệt trong quá trình dẫn điện là: Một là, tỷ suất điện trở của nó biến đổi rất lớn phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất. Ví dụ, trong một tấm vật liệu bán dẫn silic có hàm chứa một phần trăm triệu borum, tỷ suất điện tử sẽ giảm xuống một phần nghìn điện trở ban đầu. Hai là, độ nóng và ánh sáng chiếu cũng có ảnh hưởng tới tỷ suất điện trở, có nhiều loại vật liệu bán dẫn còn chịu ảnh hưởng của điện trường và từ trường. Những loại chất dùng làm vật liệu bán dẫn là silic, ciecmanium...

Do vật liệu bán dẫn có thể chế tạo được các linh kiện vô cùng nhỏ, cho nên người ta đã dùng vật liệu này để chế tạo ra các mạch tổ hợp (mạch IC) hoặc các mạch IC siêu lớn. Trên các mạch IC siêu lớn có hàng vạn thiết bị, linh kiện bán dẫn nhỏ, giúp cho thiết kế các máy tính, tivi gọn nhỏ hơn nhiều. Lợi dụng đặc tính nhạy sáng và nhiệt độ cao của vật liệu bán dẫn, người ta có thể chế tạo đèn quang điện hai cực dùng để cảm quang và cảm điện trong linh kiện. Thiết bị cảm quang được dùng trong các lĩnh vực như phát điện dùng năng lượng mặt trời, hay kỹ thuật khống chế ánh sáng.

Chính vì những ưu điểm nổi trội trên mà vật liệu bán dẫn đang trở thành vật liệu chủ yếu trong kỹ thuật điện tử hiện đại.