Chip bán dẫn là gì? Công dụng và ví dụ

Hiện nay, chip bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Chúng có nhiều ứng dụng quan trọng, từ máy tính, điện thoại di động đến các thiết bị thông minh và xe hơi. Với sự phát triển không ngừng, công nghệ chip bán dẫn tiếp tục thay đổi cách chúng ta tương tác với thế giới xung quanh và tạo ra những cơ hội mới cho sự tiến bộ công nghệ. Nhưng chip bán dẫn là gì? Bài viết này BTEC FPT sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ này, các ứng dụng phổ biến của nó, và cung cấp một số ví dụ thú vị về công nghệ chip bán dẫn.

Chip bán dẫn là gì

Chip bán dẫn là gì?

Chip bán dẫn (vi mạch bán dẫn) là một thành tựu được tạo thành từ rất nhiều linh kiện điện tử nhỏ trên một tấm bán dẫn. Tuy nó kích thước nhỏ nhưng nó có sức mạnh to lớn có thể xử lý khối lượng thông tin lớn và điều khiển các thiết bị điện tử.

Chip bán dẫn:

• Chip bán dẫn là một thiết bị điện tử nhỏ được làm bằng vật liệu bán dẫn (thường là silicon hoặc germanium), đóng vai trò là khối xây dựng cơ bản của hầu hết các mạch điện tử.
• Những con chip này có thể chứa hàng tỷ công tắc cực nhỏ trên một con chip nhỏ hơn móng tay.
• Thành phần cơ bản của chip bán dẫn là một tấm bán dẫn silicon được khắc bằng các bóng bán dẫn nhỏ điều khiển dòng điện theo các hướng dẫn tính toán khác nhau.
• Nó thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như xử lý dữ liệu, lưu trữ thông tin hoặc điều khiển các thiết bị điện tử.
• Chúng là một phần quan trọng của hầu hết mọi thiết bị điện tử hiện đại, bao gồm điện thoại thông minh, máy tính và mạch tích hợp.

Chip bán dẫn, bóng bán dẫn, công nghệ chế tạo và tấm bán dẫn là những thành phần phụ thuộc lẫn nhau cần thiết cho chức năng của thiết bị điện tử.

• Các bóng bán dẫn đóng vai trò là khối xây dựng của chip bán dẫn được chế tạo trên các tấm bán dẫn sử dụng các công nghệ cụ thể, cho phép tạo ra các thiết bị phức tạp hỗ trợ công nghệ hiện đại.

Bóng bán dẫn:

• Bóng bán dẫn là thành phần cơ bản của thiết bị bán dẫn giúp khuếch đại hoặc chuyển đổi tín hiệu điện tử và năng lượng điện.
• Chúng là khối xây dựng của các thiết bị điện tử hiện đại và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm bộ khuếch đại, công tắc và mạch kỹ thuật số.

Công nghệ chế tạo:

• Công nghệ chế tạo đề cập đến quá trình tạo ra các thiết bị bán dẫn như chip và bóng bán dẫn. Nó bao gồm một số bước chính, bao gồm chuẩn bị wafer, quang khắc, khắc, pha tạp và đóng gói.

Wafer:

• Tấm wafer (còn gọi là lát hoặc chất nền) là một lát vật liệu bán dẫn mỏng, chẳng hạn như silicon tinh thể, được sử dụng để chế tạo các mạch tích hợp.
• Chip bán dẫn được sản xuất bằng cách in một dãy chip trên một tấm bán dẫn hình tròn, tương tự như cách in tem bưu chính trên một tờ giấy rồi cắt ra riêng lẻ.
• Kích thước tấm bán dẫn lớn hơn trong ngành cho phép in nhiều chip hơn trên một tấm bán dẫn, tăng tốc và giảm chi phí sản xuất chip, bất chấp những thách thức kỹ thuật và chi phí vốn ban đầu liên quan.

Vật liệu bán dẫn được sử dụng nhiều nhất là silicon, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất mạch tích hợp (IC), còn được gọi là vi mạch. Những con chip này chứa nhiều bóng bán dẫn, hoạt động như những công tắc cho phép kiểm soát dòng điện, kích hoạt các chức năng điện tử phức tạp.

Các vật liệu bán dẫn phổ biến khác bao gồm germanium, gallium arsenide và indium phosphide. Những vật liệu này có những đặc tính độc đáo khiến chúng phù hợp với các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như hệ thống thông tin liên lạc tốc độ cao hoặc pin mặt trời.

Có hai loại chất bán dẫn cơ bản:

• Chất bán dẫn loại N là khi có số lượng lớn electron tự do hoặc khi độ dẫn của nó cao hơn
• Chất bán dẫn loại P là khi có ít electron tự do hơn và khi độ tự cảm của nó thấp hơn.

👉 Xem thêm: Công nghệ bán dẫn là gì? ra làm gì, mức lương bao nhiêu
👉 Xem thêm: Kỹ sư vi mạch là gì? làm gì, mức lương bao nhiêu?
👉 Xem thêm: Thiết kế vi mạch là gì? làm gì, mức lương bao nhiêu?

Quy trình sản xuất chip bán dẫn

Trước khi sản xuất chip bán dẫn ta cần phải trải qua một quá trình quan trọng và phức tạp đó là thiết kế vi mạch. Đây là quá trình tạo ra các mạch điện tử và các thành phần khác trên chip bán dẫn để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Đóng vai trò quyết định trong việc xác định hiệu suất và tính cạnh tranh của sản phẩm cuối cùng.

Bước 1: Nghiên cứu

• Các kỹ sư sẽ nghiên cứu trước về mô hình và sản phẩm cần thiết kế

Bước 2: Thiết kế

• Các kỹ sư sử dụng các máy móc chuyên dụng để thiết kế và đưa ra các thông số cho sản phẩm.

Bước 3: Lựa chọn nguyên liệu thô

• Nguyên liệu thô thường được sử dụng nhất là cát, chứa một lượng lớn silicon. Hoặc cũng có thể lựa chọn nguyên liệu thô khác tùy theo sản phẩm

Bước 4: Làm phôi

• Cát được tinh chế và nấu chảy thành các hình trụ rắn hình thỏi nặng tới hơn 200lbs

Bước 5: Tạo các Wafer trống

• Các thỏi được cắt thành các đĩa silicon rất mỏng (1mm) và được đánh bóng để đạt được độ hoàn thiện hoàn hảo

Bước 6: Hoàn thiện các Wafer

• Các tấm bán dẫn được in với các thiết bị mạch rất phức tạp để sau trở thành các chip riêng lẻ

Bước 7: Cắt Wafer

• Tấm bán dẫn silicon chứa các chất bán dẫn đã hoàn thiện, đôi khi lên tới 70000 mỗi tấm bán dẫn. Sau đó được cắt thành các chất bán dẫn riêng lẻ nhỏ gọi là khuôn

Bước 8: Đóng gói Chip

• Sau đó, những khuôn này được đóng gói thành chất bán dẫn hoàn thiện và có thể đặt vào các thiết bị.

Bước 9: Chip trên bảng mạch

• Chất bán dẫn thành phẩm được nhúng vào vô số thiết bị điện tử, từ máy tính và điện thoại thông minh đến thiết bị ý tế tiên tiến và siêu máy tính.

Quy trình sản xuất chip bán dẫn

Công dụng của chip bán dẫn trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn

Chip bán dẫn là linh kiện cơ bản và không thể thiếu trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại và đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn. Nó cần sự ứng dụng và hiểu biết sâu sắc về công nghệ bán dẫn để thiết kế, sản xuất và hoạt động một cách hiệu quả.

Vậy công nghệ bán dẫn là gì mà nó lại quan trọng đến vậy? Cùng BTEC đọc qua bài viết Công nghệ bán dẫn là gì? để có hể hiểu rõ được tầm quan trọng không thể thiếu trong chip bán dẫn nhé!

Một số công dụng quan trọng của chip bán dẫn trong lĩnh vực công nghệ bán dẫn có thể kể đến như:

Nền tảng xử lý: Chip bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng các nền tảng xử lý thông tin như vi xử lý (CPU), bộ xử lý đồ họa (GPU) và các loại vi xử lý đặc biệt khác (như vi xử lý AI, vi xử lý tích hợp IoT, vv). Những vi xử lý này đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các tác vụ tính toán phức tạp từ máy tính cá nhân đến hệ thống máy chủ.

Lưu trữ và bộ nhớ: Chip bán dẫn cũng được sử dụng trong các loại bộ nhớ như bộ nhớ flash, RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), ROM (bộ nhớ chỉ đọc). Những bộ nhớ này đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và truy cập dữ liệu trong các thiết bị điện tử từ điện thoại di động đến máy tính cá nhân.

Thiết bị điện tử tiêu thụ điện năng thấp: Chip bán dẫn cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu thụ điện năng thấp như cảm biến, vi xử lý nhúng và vi xử lý IoT. Những chip này thường được tích hợp trong các thiết bị như cảm biến thông minh, thiết bị y tế, đồ gia dụng thông minh, vv.

Liên kết và giao tiếp: Chip bán dẫn được sử dụng trong việc tạo ra các kết nối và giao tiếp giữa các thiết bị. Ví dụ, trong các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh và máy tính bảng, các chip liên kết như Wi-Fi, Bluetooth và NFC giúp kết nối với các mạng và thiết bị khác.

An ninh và mã hóa: Chip bán dẫn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các tính năng an ninh và mã hóa cho các thiết bị điện tử. Các chip an ninh được sử dụng để bảo vệ dữ liệu cá nhân, thông tin tài khoản và giao dịch tài chính.

Những loại chip bán dẫn

Có nhiều loại chip bán dẫn khác nhau, mỗi loại được thiết kế để phục vụ cho mục đích cụ thể trong nhiều ứng dụng khác nhau. 

• CPU (Central Processing Unit): Đây là loại chip bán dẫn quan trọng nhất trong máy tính và các thiết bị điện tử. CPU thực hiện các phép toán và quản lý nhiệm vụ tính toán cơ bản trong hệ thống.
• GPU (Graphics Processing Unit): Chip đồ họa hoặc GPU chuyên dụng cho việc xử lý đồ họa. Chúng được sử dụng trong trò chơi, thiết kế đồ họa, và các ứng dụng yêu cầu hiệu suất đồ họa cao.
• FPGA (Field-Programmable Gate Array): FPGA là một loại chip bán dẫn có khả năng lập trình lại. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng cần tích hợp logic cơ bản và tùy chỉnh, như trong thiết kế vi mạch số.
• SoC (System-on-a-Chip): SoC là một loại chip bán dẫn tích hợp nhiều thành phần chức năng vào một chip duy nhất. Chúng thường bao gồm CPU, GPU, bộ nhớ, và các phần khác để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh trên một chip.
• RAM (Random Access Memory): RAM là loại chip bán dẫn sử dụng để lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình hoạt động của hệ thống. Nó cho phép truy cập nhanh đến dữ liệu và chương trình trong khi máy tính hoạt động.
• Microcontroller: Loại chip này là một CPU tích hợp trong một vi mạch nhỏ gọn. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng như điều khiển thiết bị gia đình, thiết bị y tế, và thiết bị thông minh.

Ví dụ về chip bán dẫn

Chip bán dẫn là một thiết bị điện tử được tạo thành từ một hoặc nhiều linh kiện điện tử được tích hợp trên một mảng bề mặt nhỏ. Chip bán dẫn có thể được sử dụng để thực hiện nhiều loại chức năng, bao gồm xử lý thông tin, lưu trữ dữ liệu, đảm bảo giao tiếp trên mạng, và thậm chí là điều khiển các thiết bị khác nhau.

• Điốt: cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng, thường được sử dụng trong các ứng dụng cung cấp điện và chiếu sáng.
• Bóng bán dẫn: hoạt động như công tắc hoặc bộ khuếch đại và là khối xây dựng cơ bản của thiết bị điện tử kỹ thuật số.
• Bộ vi xử lý: là IC chứa CPU, bộ nhớ và các mạch điện khác, đồng thời là bộ não của nhiều thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại thông minh và thiết bị gia dụng.
• Pin mặt trời: chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng và được làm bằng vật liệu bán dẫn như silicon.
• Đèn LED: là thiết bị bán dẫn phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua và được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng.

Tìm hiểu chất bán dẫn là gì với BTEC FPT

Chip bán dẫn là một thành phần quan trọng của nhiều thiết bị điện tử hiện đại. Chip bán dẫn đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ và mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống con người. Hy vọng BTEC FPT đã mang lại cho bạn những thông tin hữu ích về công nghệ chip bán dẫn.

Một số thông tin thêm về BTEC FPT đào tạo công nghệ bán dẫn

• https://vietnamnet.vn/sinh-vien-cong-nghe-ban-dan-btec-fpt-them-co-hoi-du-hoc-lam-viec-o-han-quoc-2254942.html
• https://dantri.com.vn/giao-duc/btec-fpt-tao-cau-noi-giup-sinh-vien-nganh-cong-nghe-ban-dan-lam-viec-tai-han-quoc-20240301112533911.htm
• https://vtv.vn/cong-nghe/hop-tac-dao-tao-nhan-luc-cong-nghe-ban-dan-20231116225647352.htm
• https://dantri.com.vn/giao-duc/btec-fpt-mo-ra-co-hoi-cho-sinh-vien-lam-viec-trong-nganh-cong-nghe-ban-dan-20240216181905178.htm