Bán dẫn, hay còn gọi là chất bán dẫn, là loại vật liệu có khả năng dẫn điện ở mức độ trung gian giữa kim loại (dẫn điện tốt) và chất cách điện (không dẫn điện). Điện trở suất của bán dẫn nằm trong khoảng giữa kim loại và chất cách điện, và có thể thay đổi đáng kể theo nhiệt độ, ánh sáng, từ trường, hoặc bằng cách thêm một lượng nhỏ tạp chất. Khả năng thay đổi điện trở suất này cho phép bán dẫn được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau.
Tính chất đặc biệt của bán dẫn nằm ở cấu trúc nguyên tử và cách các electron liên kết với nhau. Ở nhiệt độ thấp, bán dẫn hoạt động giống như chất cách điện, nhưng khi nhiệt độ tăng, một số electron có thể tự do di chuyển, làm cho vật liệu dẫn điện tốt hơn. Việc bổ sung các tạp chất, một quá trình được gọi là pha tạp, cũng có thể làm tăng đáng kể khả năng dẫn điện của bán dẫn. Pha tạp cho phép kiểm soát chính xác số lượng electron tự do, do đó kiểm soát được tính dẫn điện của vật liệu.
Sơ đồ cấu trúc nguyên tử của bán dẫn
Bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các linh kiện điện tử như transistor, diode, vi mạch tích hợp (IC), cảm biến, đèn LED, và nhiều thiết bị điện tử khác. Transistor, một trong những phát minh quan trọng nhất của thế kỷ 20, được chế tạo từ bán dẫn và đóng vai trò là công tắc, bộ khuếch đại, và bộ điều khiển trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại. Vi mạch, hay còn gọi là chip, là tập hợp hàng triệu, thậm chí hàng tỷ transistor và các linh kiện điện tử khác được tích hợp trên một miếng bán dẫn nhỏ.
Ngày nay, bán dẫn là nền tảng của hầu hết các công nghệ hiện đại, từ điện thoại thông minh, máy tính, ô tô, đến các hệ thống năng lượng mặt trời và thiết bị y tế. Ngành công nghiệp bán dẫn là một ngành công nghiệp toàn cầu trị giá hàng tỷ đô la, với sự tham gia của nhiều công ty và quốc gia trên thế giới. Sự phát triển không ngừng của công nghệ bán dẫn đang thúc đẩy sự đổi mới và tiến bộ trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã mang lại những thay đổi to lớn cho xã hội loài người. Từ những chiếc máy tính cồng kềnh của những năm đầu đến những thiết bị di động nhỏ gọn và mạnh mẽ ngày nay, bán dẫn đã đóng góp một phần không thể thiếu vào cuộc cách mạng công nghệ. Sự mini hóa và tăng hiệu năng của chip bán dẫn đã cho phép tạo ra các thiết bị nhỏ hơn, nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có nhiều tính năng hơn.
Bán dẫn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT), và công nghệ 5G. AI dựa trên khả năng xử lý dữ liệu khổng lồ của các chip bán dẫn, trong khi IoT kết nối hàng tỷ thiết bị thông qua các cảm biến và vi xử lý được chế tạo từ bán dẫn. Công nghệ 5G, với tốc độ truyền dữ liệu cực nhanh, cũng phụ thuộc vào sự phát triển của chip bán dẫn hiệu năng cao. Tương lai của công nghệ sẽ tiếp tục được định hình bởi sự tiến bộ trong lĩnh vực bán dẫn. Các nhà nghiên cứu đang không ngừng tìm kiếm các vật liệu và công nghệ mới để tạo ra chip bán dẫn mạnh mẽ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có khả năng xử lý thông tin phức tạp hơn.
