Nhờ chất bán dẫn, cơ cấu công nghiệp đã thay đổi. Hãy cùng tìm hiểu tại sao cơ cấu công nghiệp lại thay đổi vì chất bán dẫn.


Trong vài thập kỷ qua, thế giới đã phải đối mặt với những thay đổi to lớn, và trung tâm của những thay đổi này là sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và truyền thông. Thông tin nằm rải rác đây đó trong thế giới tương tự được lưu trữ trong một bóng bán dẫn, một con chip và một máy dưới dạng thông tin nhị phân 0 và 1.

Nhờ những tiến bộ công nghệ, việc liên lạc miễn phí giữa các máy móc đã trở nên khả thi và chúng ta đã bước vào kỷ nguyên mà hầu hết các vấn đề về sự tiện lợi đều có thể được giải quyết dễ dàng. Và giờ đây, trong thế giới trực tuyến và kỹ thuật số này, ngành dịch vụ dựa trên phần mềm đang phát triển nhanh chóng trong bối cảnh mức độ phổ biến và nhu cầu khổng lồ. Đâu là sự khởi đầu của cuộc cách mạng cơ bản đã tạo ra tình huống trong đó mô hình hành vi của con người và cơ cấu công nghiệp thay đổi? Đây là sự phát triển của chất bán dẫn và sự khởi đầu của ngành công nghiệp bán dẫn.

Vậy chính xác thì chất bán dẫn làm gì, nó lưu trữ và quản lý thông tin như thế nào? Chất bán dẫn theo nghĩa đen có nghĩa là một vật liệu nửa dẫn điện và nửa cách điện (vật liệu mà dòng điện không chạy qua). Từ 'một nửa', quan trọng ở đây, có nghĩa là nó có thể là chất dẫn điện hoặc chất cách điện tùy theo thời điểm. Và chúng ta có thể kiểm soát các tính chất điện này của chất bán dẫn bằng cách thay đổi các điều kiện bên ngoài như ánh sáng, nhiệt, điện áp và dòng điện. Để giải thích nó một cách dễ dàng thông qua một phép loại suy, lý thuyết về điện từ cổ điển đã được thiết lập một cách hoàn hảo bởi một nhà vật lý tên là 『James Clerk Maxwell』 ngay cả trước khi có sự phát triển của chất bán dẫn. Nhân loại không gặp khó khăn gì trong việc tạo ra các bình chứa (tụ điện và cuộn dây) chứa năng lượng điện từ. Tuy nhiên, chưa có công nghệ nào để tạo ra và vận hành một chiếc van nối các bát với nhau và điều khiển sự chuyển động năng lượng giữa chúng. Nói một cách đơn giản, chất bán dẫn có nghĩa là một bình chứa có van hoặc vòi. Có nhiều loại chất bán dẫn và mỗi chất bán dẫn điều khiển việc đóng mở van thông qua sự thay đổi điện áp đặt vào chính nó, sự thay đổi cường độ ánh sáng và sự thay đổi nhiệt độ. Ngoài loại kích thích mà nó đáp ứng, nó còn có một đầu cuối để dòng điện chạy qua. Cũng có sự khác biệt tùy thuộc vào số lượng có. Để làm ví dụ tiêu biểu, tôi xin giới thiệu hai thiết bị bán dẫn đơn giản nhất. Một diode có một van và hai cực, và tùy thuộc vào sự thay đổi của điện áp, nó có thể cho phép dòng điện từ bên này chảy sang bên kia hoặc ngăn không cho dòng điện chạy qua. Transitor có ba cực và chức năng của nó là phân chia dòng điện chạy từ một cực và gửi nó đến hai cực còn lại theo một tỷ lệ cụ thể tùy theo sự thay đổi của điện áp.

Cho đến nay tôi đã giải thích ngắn gọn về chức năng của chất bán dẫn. Tóm lại một lần nữa, chất bán dẫn là một thiết bị có chức năng lưu trữ, di chuyển và xử lý năng lượng điện từ và thông tin. Vậy đâu là động lực thúc đẩy sự tăng trưởng bùng nổ của ngành điện tử, trong đó có ngành bán dẫn sau sự phát triển của các thiết bị bán dẫn và cuộc cách mạng CNTT hiện nay? Đó là loại cát thường được gọi là món quà của Chúa trong ngành, tự hào có lượng dồi dào thứ hai trên bề mặt Trái đất và tương ứng là rẻ hơn. Đặc điểm nhận dạng của cát là silicon bị oxy hóa, silicon nằm ở giữa nguyên tố nhóm 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, khiến nó trở thành nguyên tố mang lại chức năng bán dẫn xuất sắc nhất giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Nhờ những ưu điểm và khả năng của những vật liệu rẻ tiền và dồi dào này, nghiên cứu về thiết bị bán dẫn đã được tiến hành tại Nokia Bell Labs. Kể từ khi phát triển Transitor lưỡng cực tại Nokia Bell Labs, việc phát triển Transistor hiệu ứng trường đã được thực hiện tích cực chủ yếu ở Hoa Kỳ. Điều quan trọng là, một bước ngoặt lớn và bước đệm đã đạt được thông qua Mạch tích hợp được phát triển bởi 『Jack Kilby』 và 『Robert Norton Noyce』. Sự phát triển của mạch tích hợp có ảnh hưởng lớn đến mức nó đã nhận được giải Nobel Vật lý mặc dù đây không phải là lĩnh vực vật lý thuần túy. Nếu chúng ta giải thích sức mạnh của mạch tích hợp bằng những ví dụ dễ dàng có thể nhìn thấy xung quanh chúng ta, thì chúng ta có thể thấy ví dụ về một chiếc radio được làm bằng hàn mà có thể dễ dàng tiếp cận trong thời đi học. Để tạo ra chiếc radio này, tất cả những gì bạn phải làm là cắm tất cả các bộ phận vào bảng mạch đúng cách rồi kết nối chúng với từng bảng mạch bằng cách hàn. Lý do là đường dẫn dòng điện có thể chạy qua đã được thiết kế và đóng dấu trên bảng. Khi một thiết kế đã được thiết kế phù hợp với mục đích mong muốn, bạn có thể sản xuất hàng loạt với chi phí rất thấp chỉ bằng cách in liên tục thiết kế đó lên bảng như thể khắc một bản khắc hoặc sơn. Tuy nhiên, điều đáng ngạc nhiên hơn nữa ở đây là hàng chục nghìn bóng bán dẫn hiện được kết nối trong một mạch tích hợp bên trong một con chip và tất cả chúng đều hoạt động bình thường cùng một lúc. Mặc dù phương pháp sản xuất dễ dàng và rẻ đến mức đáng ngạc nhiên.

Chỉ riêng ở Hàn Quốc, nhiều công ty điện tử bán dẫn, bao gồm Samsung, LG và Hynix, đã đạt được những tiến bộ đáng kể về sản phẩm, doanh số và công nghệ trong vài thập kỷ qua. Trên quy mô toàn cầu, các công ty như Intel, Fairchild, Texas Instruments, Qualcomm và nhiều công ty điện tử khác ở Thung lũng Silicon đã thay đổi thế giới. Chẳng phải chất bán dẫn, thứ đã tạo ra một kỷ nguyên mới và mang lại một cuộc cách mạng kinh tế bằng cách kiểm soát dòng điện tử vô hình, là lực mạnh nhất và nhỏ nhất đã thay đổi thế giới sao?