Linh kiện bán dẫn đã giúp cho nhân loại tiến vào kỷ nguyên của công nghệ thông tin. Vậy các linh kiện bán dẫn hoạt động như thế nào? tại sao một chiếc máy tính điện tử nhỏ gọn lại có thể xử lý được nhiều phép toán và thông tin đến vậy, bạn đọc có thể tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
1/ Lớp chuyển tiếp P-N, linh kiện bán dẫn điốt:

Bán dẫn loại P: hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống (hạt mầu trắng)
Bán dẫn loại N: hạt tải điện chủ yếu là electron (hạt mầu đen)

Khi ghép kỹ thuật lớp P-N ta có được một lớp chuyển tiếp P-N có các đặc tính vật lí đặc biệt

Tại lớp chuyển tiếp P-N các electron mang điện âm sẽ kết hợp với lỗ trống rồi biến mất tạo thành vùng trung hòa về điện. Vùng không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo.
Điện trường tại lớp nghèo hướng từ N sang P (chiều ngược) ngăn không có electron và lỗ trống khác đi vào vùng này => không có dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp P-N
Nếu điện trường hướng từ P sang N (chiều thuận) lỗ trống từ lớp P, electron từ lớp N sẽ dịch chuyển vào lớp nghèo

Khi điện trường đủ lớn các hạt tải điện này có thể vượt qua lớp nghèo đi sang vùng tiếp theo tạo thành dòng điện qua lớp chuyển tiếp P-N.
Ứng dụng lớp chuyển tiếp P-N: Điôt bán dẫn
Điốt (diode) bán dẫn là một loại linh kiện bán dẫn được cấu tạo bởi một lớp chuyển tiếp P-N. Tác dụng chính của Điôt bán dẫn là chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều duy nhất hướng từ P-N (tác dụng chỉnh lưu dòng điện)

Điện sử dụng trong đời sống hàng ngày là dòng điện xoay chiều, tuy nhiên một số thiết bị điện dùng pin lại sử dụng dòng điện một chiều. Để tạo ra dòng điện một chiều phải sử dụng máy phát điện một chiều tuy nhiên chi phí tốn kém mà hiệu quả sử dụng không cao, nhờ đặc tính chỉnh lưu dòng điện của Điốt bán dẫn ta có thể chếtạo các loại thiết bị biến dòng xoay chiều thành một chiều thông qua mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

Mạch chỉnh lưu dòng AC (xoay chiều) thành dòng DC (một chiều)​

2/ Lớp chuyển tiếp N-P-N, linh kiện bán dẫn Transistor (tranzito)
Lớp chuyển tiếp N-P-N: gồm bán dẫn loại n₁ ghép kỹ thuật với bán dẫn loại p ghép kỹ thuật với bán dẫn loại n₂

linh kiện bán dẫn Transistor thực chất là lớp chuyển tiếp N-P-N:
vùng bán dẫn loại n1 được gọi là Collector (kí hiệu là C)
Vùng bán dẫn loại p được gọi là Base (kí hiệu là B)
Vùng bán dẫn loại n2 được gọi là Emitter (kí hiệu là E) điện thế tại miền E là thấp nhất (V$_{E}$=0)

Kí hiệu transistor trên mạch điện và cấu tạo transistor​

Nguyên tắc hoạt động của Transistor:
Lớp chuyển tiếp n₁ - p phân cực ngược => không có dòng điện => mạch tương đương với trạng thái ngắt (0)
Đặt vào miền B một điện thế đủ lớn để electron có thể di chuyển từ n₁ sang p và đi sang n₂ => trong mạch có dòng điện => mạch tương đương với trạng thái bật (1)

Transistor đóng vai trò như một công tắc điện giúp đóng (trạng thái 0) và mở (trạng thái 1) một cách tự động mà không cần có sự chuyển động vật lí giống như các công tắc điện thông thường. Kích thước của tranzito rất nhỏ có thể đạt tới cỡ nanomét ( 10^-9 m) nhỏ hơn mét một tỉ lần => Ta có thể tạo sắp xếp rất nhiều Transistor trong một linh kiện bán dẫn kích thước nhỏ.

Chip core i7 của intel sản xuất trên dây truyền 10nm có khoảng hơn 700 triệu Transistor.
Việc phát triển ngôn ngữ lập trình và hệ điều hành (phần mềm) kết hợp với phần cứng (vi xử lý ...) đã tạo nên những chiếc máy tính, điện thoại thông minh ... giúp nâng cao khả năng ghi nhớ, tính toán, dự đoán ... của con người.

Ngoài ra trong quá trình chuyển động từ miền C đến miền B của electron (dòng điện) điện trở của vùng CB (R$_{CB }$) bị thay đổi => hiện tượng cường dòng điện vào cực B khi ra khỏi miền C sẽ có cường độ tăng lên => dòng điện qua Transistor được khuếch đại => ứng dụng chế tạo các mạch khuếch đại tín hiệu sóng vô tuyến.

Transistor trong cách mạch điện đóng vai trò khuếch đại

Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lí lớp 11 chương dòng điện trong các môi trường

nguồn: vật lí phổ thông trực tuyến