by
Lịch sử của vật liệu bán dẫn
Việc xem xét sự ra đời của các chất bán dẫn đem chúng ta quay ngược trở lại năm 1874 khi bộ chỉnh lưu (AC-DC converter) được phát minh. Nhiều thập kỷ sau đó, Bardeen và Brattain tại Bell Laboratories - Mỹ đã phát minh ra transistor tiếp điểm vào năm 1947, và Shockley đã phát minh ra transistor lớp chuyển tiếp vào năm 1948. Điều này báo trước sự xuất hiện của thời đại transistor. Năm 1946, Đại học Pennsylvania - Mỹ đã xây dựng một hệ thống máy tính đầu tiên sử dụng các đèn chân không. Hệ thống máy tính này có kích thước rất lớn, nó chiếm toàn bộ tòa nhà, và nó tiêu thụ một số lượng lớn điện năng đồng thời tỏa ra rất nhiều nhiệt. Sau đó, transistor tính toán được phát triển, và kể từ đó công nghệ máy tính có bước phát triển nhảy vọt. Năm 1956, giải Nobel Vật lý được trao đồng thời cho 3 nhà khoa học Shockley, Bardeen và Brattain cho những đóng góp của họ cho sự nghiên cứu và phát triển của bóng bán dẫn.
Sau khi bóng bán dẫn được phát minh ngành công nghiệp bán dẫn tăng trưởng nhanh chóng. Năm 1957, nó đã vượt quá quy mô 100 triệu USD. Năm 1959, các mạch tích hợp lưỡng cực (IC) được phát minh bởi nhà nghiên cứu Kilby của hãng Texas Instruments và Noyce của hãng Fairchild Semiconductor ở Mỹ. Sáng chế này đã có một ảnh hưởng lớn đến lịch sử của chất bán dẫn, và nó đánh dấu buổi bình minh của kỷ nguyên IC. Với kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, các vi mạch đã được sử dụng rộng rãi trong một loạt các thiết bị điện.
Trong năm 1967, hãng sản xuất Texas Instruments phát triển máy tính để bàn điện tử (calculator) sử dụng IC. Tại Nhật Bản, các nhà sản xuất thiết bị điện tử cũng cho ra đời một máy tính khác, và một "cuộc chiến máy tính" bắt đầu diễn ra khốc liệt sau đó cho đến cuối những năm 1970. IC được cải tiến, và có quy mô tích hợp lớn hơn (LSI - Large Scale Integration). Các công nghệ tiếp tục phát triển. Các linh kiện VLSI- Very Large Scale Integration (100,000-10.000.000 linh kiện tích hợp trên mỗi chip) được phát triển vào những năm 1980, và ULSI - Ultra large-scale integration (hơn 10 triệu linh kiện điện tử trên mỗi chip) được phát triển vào những năm 1990. Trong những năm 2000, hệ thống LSI (một LSI đa chức năng với nhiều chức năng được tích hợp trong một chip duy nhất) đã được đưa vào sản xuất ở mọi quy mô. Các IC phát triển tiếp hướng tới hiệu suất cao và đa chức năng, lĩnh vực ứng dụng của chúng được mở rộng. Chất bán dẫn đang được sử dụng trong mọi ngõ ngách của xã hội và hỗ trợ hàng ngày cuộc sống của chúng ta.
Đặc tính của vật liệu bán dẫn
Một chất cho phép dòng điện chạy qua được gọi là chất dẫn điện (Conductor), và một chất không cho dòng điện chạy qua được gọi là chất cách điện (Insulator). Chất bán dẫn (Semiconductor) là những chất có tính chất dẫn điện ở mức trung gian giữa chất chất dẫn điện và chất cách điện. Tính dẫn điện của một chất được đặc trưng bởi giá trị điện trở suất. Các chất dẫn điện như các kim loại vàng, bạc và đồng có điện trở suất nhỏ và dễ dàng cho dòng điện chạy qua. Các chất cách điện như cao su, thủy tinh, gốm sứ có điển trở suất cao và khó cho dòng điện đi qua. Chất bán dẫn có tính chất dẫn điện ở khoảng giữa của 2 loại nói trên. Giá trị của điện trở suất có thể thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: với chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp, chúng gần như không cho dòng điện đi qua, nhưng khi nhiệt độ tăng chúng lại cho dòng điện đi qua một cách dễ dàng.
Các chất bán dẫn tinh khiết không chứa tạp chất gần như không dẫn điện. Nhưng khi được pha tạp thêm bằng một số tạp chất chúng lại trở lên dẫn điện và cho dòng điện đi qua chúng một cách dễ dàng.
Chất bán dẫn bao gồm một nguyên tố duy nhất được gọi là chất bán dẫn nguyên tố, ví dụ chất bán dẫn phổ biến nhất là silic. Mặt khác, Các chất bán dẫn được tạo thành từ hai hay nhiều thành phần được gọi là hợp chất bán dẫn, và được sử dụng trong các laser bán dẫn, điốt phát sáng, vv...
Việc xem xét sự ra đời của các chất bán dẫn đem chúng ta quay ngược trở lại năm 1874 khi bộ chỉnh lưu (AC-DC converter) được phát minh. Nhiều thập kỷ sau đó, Bardeen và Brattain tại Bell Laboratories - Mỹ đã phát minh ra transistor tiếp điểm vào năm 1947, và Shockley đã phát minh ra transistor lớp chuyển tiếp vào năm 1948. Điều này báo trước sự xuất hiện của thời đại transistor. Năm 1946, Đại học Pennsylvania - Mỹ đã xây dựng một hệ thống máy tính đầu tiên sử dụng các đèn chân không. Hệ thống máy tính này có kích thước rất lớn, nó chiếm toàn bộ tòa nhà, và nó tiêu thụ một số lượng lớn điện năng đồng thời tỏa ra rất nhiều nhiệt. Sau đó, transistor tính toán được phát triển, và kể từ đó công nghệ máy tính có bước phát triển nhảy vọt. Năm 1956, giải Nobel Vật lý được trao đồng thời cho 3 nhà khoa học Shockley, Bardeen và Brattain cho những đóng góp của họ cho sự nghiên cứu và phát triển của bóng bán dẫn.
Sau khi bóng bán dẫn được phát minh ngành công nghiệp bán dẫn tăng trưởng nhanh chóng. Năm 1957, nó đã vượt quá quy mô 100 triệu USD. Năm 1959, các mạch tích hợp lưỡng cực (IC) được phát minh bởi nhà nghiên cứu Kilby của hãng Texas Instruments và Noyce của hãng Fairchild Semiconductor ở Mỹ. Sáng chế này đã có một ảnh hưởng lớn đến lịch sử của chất bán dẫn, và nó đánh dấu buổi bình minh của kỷ nguyên IC. Với kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, các vi mạch đã được sử dụng rộng rãi trong một loạt các thiết bị điện.
Trong năm 1967, hãng sản xuất Texas Instruments phát triển máy tính để bàn điện tử (calculator) sử dụng IC. Tại Nhật Bản, các nhà sản xuất thiết bị điện tử cũng cho ra đời một máy tính khác, và một "cuộc chiến máy tính" bắt đầu diễn ra khốc liệt sau đó cho đến cuối những năm 1970. IC được cải tiến, và có quy mô tích hợp lớn hơn (LSI - Large Scale Integration). Các công nghệ tiếp tục phát triển. Các linh kiện VLSI- Very Large Scale Integration (100,000-10.000.000 linh kiện tích hợp trên mỗi chip) được phát triển vào những năm 1980, và ULSI - Ultra large-scale integration (hơn 10 triệu linh kiện điện tử trên mỗi chip) được phát triển vào những năm 1990. Trong những năm 2000, hệ thống LSI (một LSI đa chức năng với nhiều chức năng được tích hợp trong một chip duy nhất) đã được đưa vào sản xuất ở mọi quy mô. Các IC phát triển tiếp hướng tới hiệu suất cao và đa chức năng, lĩnh vực ứng dụng của chúng được mở rộng. Chất bán dẫn đang được sử dụng trong mọi ngõ ngách của xã hội và hỗ trợ hàng ngày cuộc sống của chúng ta.
Đặc tính của vật liệu bán dẫn
Một chất cho phép dòng điện chạy qua được gọi là chất dẫn điện (Conductor), và một chất không cho dòng điện chạy qua được gọi là chất cách điện (Insulator). Chất bán dẫn (Semiconductor) là những chất có tính chất dẫn điện ở mức trung gian giữa chất chất dẫn điện và chất cách điện. Tính dẫn điện của một chất được đặc trưng bởi giá trị điện trở suất. Các chất dẫn điện như các kim loại vàng, bạc và đồng có điện trở suất nhỏ và dễ dàng cho dòng điện chạy qua. Các chất cách điện như cao su, thủy tinh, gốm sứ có điển trở suất cao và khó cho dòng điện đi qua. Chất bán dẫn có tính chất dẫn điện ở khoảng giữa của 2 loại nói trên. Giá trị của điện trở suất có thể thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: với chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp, chúng gần như không cho dòng điện đi qua, nhưng khi nhiệt độ tăng chúng lại cho dòng điện đi qua một cách dễ dàng.
Các chất bán dẫn tinh khiết không chứa tạp chất gần như không dẫn điện. Nhưng khi được pha tạp thêm bằng một số tạp chất chúng lại trở lên dẫn điện và cho dòng điện đi qua chúng một cách dễ dàng.
Chất bán dẫn bao gồm một nguyên tố duy nhất được gọi là chất bán dẫn nguyên tố, ví dụ chất bán dẫn phổ biến nhất là silic. Mặt khác, Các chất bán dẫn được tạo thành từ hai hay nhiều thành phần được gọi là hợp chất bán dẫn, và được sử dụng trong các laser bán dẫn, điốt phát sáng, vv...
Nguồn bài viết Redstarvietnam
0 comments: