Chất bán dẫn là gì?

Bạn sẽ học được gì

• Giải thích vì sao bán dẫn nằm giữa vật dẫn và vật cách điện.
• Mô tả pha tạp làm thay đổi tính dẫn điện ra sao.
• Tách vật liệu bán dẫn khỏi linh kiện và mạch làm từ nó.

Cần biết trước

Không cần kiến thức chuyên môn; các thuật ngữ được giải thích ngay trong bài.

Điều gì khiến bán dẫn hữu ích?

Chất dẫn điện cho dòng điện đi qua, còn chất cách điện cản dòng điện. Bán dẫn mang tính chất của cả hai. Trong điều kiện này nó dẫn điện, trong điều kiện khác nó cản. Độ dẫn điện, tức mức dễ hay khó để dòng điện chạy qua, thay đổi theo dòng điện và điện áp.

Vì vậy phần lớn công nghệ hiện đại dùng bán dẫn như những công tắc điện nhỏ, bật rồi tắt liên tục để cho điện đi qua hoặc chặn lại. Bán dẫn còn thích hợp cho chip, thiết bị cần đưa nhiều điện qua một vùng rất nhỏ.

Phần lớn bán dẫn được làm từ tinh thể. Ví dụ phổ biến nhất là tinh thể silicon.

Pha tạp thay đổi điều gì?

Pha tạp là việc cố ý đưa nguyên tử tạp chất vào mạng tinh thể của bán dẫn để thay đổi tính chất điện. Nhờ đó kỹ sư làm vật liệu dẫn điện nhiều hơn hoặc ít hơn, tùy nhu cầu.

Có hai kiểu pha tạp. Pha tạp N thêm nguyên tố có nhiều electron hóa trị hơn vật liệu gốc. Số hạt mang điện tự do tăng lên, và vật liệu dẫn điện tốt hơn trước. Pha tạp P thêm nguyên tố có ít electron hóa trị hơn, tạo ra “lỗ trống”, tức chỗ thiếu electron. Lỗ trống cũng làm vật liệu dẫn điện tốt hơn.

Bán dẫn tinh khiết, được làm từ một vật liệu duy nhất và chưa bị can thiệp, gọi là bán dẫn nội tại. Bán dẫn đã pha tạp gọi là bán dẫn ngoại lai.

Từ bán dẫn đến transistor và chip thế nào?

Transistor là linh kiện bán dẫn phổ biến nhất. Nó là công tắc đơn giản bật hoặc tắt theo điện áp, và còn dùng làm bộ khuếch đại hay bộ chỉnh lưu. Nhiều transistor kết hợp lại tạo ra thiết bị phức tạp.

Vi mạch ghép nhiều transistor thành một mạch nhỏ. Chip là phần chứa bề mặt bán dẫn và vi mạch đã được đóng gói để dùng trong thiết bị.

Mỗi từ trả lời một câu hỏi khác nhau. “Bán dẫn” nói về loại vật liệu. “Transistor” nói về linh kiện. “Vi mạch” nói về mạch thu nhỏ. “Chip” nói về linh kiện đã đóng gói. Phân biệt như vậy giúp ta đọc tài liệu điện tử mà không lẫn nguyên liệu với sản phẩm.

Ví dụ trong đời sống

Giả sử bạn cần giải thích một thiết bị điện tử cho cả lớp. Hãy vẽ ba ô: vật liệu, linh kiện và mạch. Đặt silicon vào ô vật liệu, transistor vào ô linh kiện, vi mạch vào ô mạch. Nối các ô bằng hai quan hệ: “dùng để chế tạo” và “kết hợp thành”.

Nếu có người hỏi “bán dẫn có phải điện thoại không?”, sơ đồ giúp trả lời. Điện thoại là thiết bị dùng nhiều linh kiện. Bán dẫn là loại vật liệu để làm ra các linh kiện đó.

Thử thêm một câu hỏi nữa: vật liệu của transistor được chỉnh thế nào để dẫn điện nhiều hơn? Câu trả lời nằm ở pha tạp N hoặc P, và bạn có thể kể lại từng kiểu bằng lời của mình.

Hiểu lầm thường gặp

Bán dẫn không chỉ có silicon. Germanium cũng là bán dẫn. Mạch tần số vô tuyến còn kết hợp gallium arsenide, gallium nitride và silicon.

Pha tạp là thay đổi có chủ đích trong chế tạo. Một lớp bụi bám trên vỏ chip không phải là pha tạp.

“Bán dẫn” là tên của một loại vật liệu. Tên đó không cho biết linh kiện làm từ nó sẽ làm việc gì.

Câu hỏi thường gặp

Silicon là bán dẫn duy nhất không?

Không. Germanium cũng là bán dẫn, và nhiều mạch dùng thêm gallium arsenide hoặc gallium nitride.

Pha tạp N và P khác nhau thế nào?

Pha tạp N thêm nguyên tố nhiều electron hóa trị hơn, làm tăng hạt mang điện tự do. Pha tạp P thêm nguyên tố ít electron hóa trị hơn, tạo lỗ trống.

Vì sao người ta dùng bán dẫn làm công tắc?

Độ dẫn điện của bán dẫn thay đổi theo điện áp, nên có thể dùng nó để bật hoặc tắt dòng điện.

Transistor khác chip ở đâu?

Transistor là một linh kiện. Chip chứa vi mạch gồm nhiều linh kiện và được đóng gói để dùng.

Tóm tắt

• Bán dẫn dẫn hoặc cản điện tùy điều kiện, nên làm được công tắc.
• Pha tạp N hoặc P cố ý thay đổi tính chất điện của tinh thể.
• Vật liệu, transistor, vi mạch và chip thuộc các mức khác nhau.