Vad är en halvledare?

En halvledare är ett material som har vissa unika egenskaper när det reagerar på elektrisk ström. Det är ett material som har mycket lägre motstånd mot flödet av elektrisk ström i en riktning än i en annan. Den elektriska ledningsförmågan hos en halvledare är mellan den för en god ledare (som koppar) och den för en isolator (som gummi). Därför namnet halvledare. En halvledare är också ett material vars elektriska ledningsförmåga kan ändras (kallas doping) genom variationer i temperatur, applicerade fält eller tillsats av föroreningar.

Medan en halvledare inte är en uppfinning och ingen uppfann halvledaren, finns det många uppfinningar som är halvledaranordningar. Upptäckten av halvledarmaterial möjliggjorde enorma och viktiga framsteg inom elektronikområdet. Vi behövde halvledare för miniatyrisering av datorer och datordelar. Vi behövde halvledare för tillverkning av elektroniska delar som dioder, transistorer och många fotovoltaiska celler.

Halvledarmaterial inkluderar elementen kisel och germanium och föreningarna galliumarsenid, blysulfid eller indiumfosfid. Det finns många andra halvledare - även vissa plaster kan göras halvledande, vilket möjliggör plastljusdioder (LED) som är flexibla och kan formas till önskad form.

Vad är elektrondoping?

Enligt Dr. Ken Mellendorf på Newtons Ask a Scientist: "Doping" är en procedur som gör halvledare som kisel och germanium redo att användas i dioder och transistorer. Halvledare i sin odopade form är faktiskt elektriska isolatorer som inte isolerar särskilt bra. De bildar ett kristallmönster där varje elektron har en bestämd plats. De flesta halvledarmaterial har fyra valenselektroner, fyra elektroner i det yttre skalet. Genom att sätta en eller två procent av atomer med fem valenselektroner såsom arsenik med en fyra valenselektronhalvledare som kisel, händer något intressant. Det finns inte tillräckligt med arsenatomer för att påverka kristallstrukturen. Fyra av de fem elektronerna används i samma mönster som för kisel. Den femte atomen passar inte bra i strukturen. Den föredrar fortfarande att hänga nära arsenomen, men den hålls inte fast. Det är väldigt lätt att släppa loss det och skicka det på väg genom materialet. En dopad halvledare är mycket mer som en ledare än en odopad halvledare. Du kan också dope en halvledare med en treelektronatom som aluminium. Aluminiumet passar in i kristallstrukturen, men nu saknas strukturen en elektron. Detta kallas ett hål. Att göra en angränsande elektron flytta in i hålet är på samma sätt som att hålet rör sig. Att sätta en elektrondopad halvledare (n-typ) med en hål-dopad halvledare (p-typ) skapar en diod. Andra kombinationer skapar enheter som transistorer.

Semiconductors historia

Begreppet "halvledande" användes för första gången av Alessandro Volta 1782.

Michael Faraday var den första personen som observerade en halvledareffekt 1833. Faraday konstaterade att det elektriska motståndet hos silver sulfid minskade med temperaturen. 1874 upptäckte och dokumenterade Karl Braun den första halvledardioden. Braun observerade att strömmen flyter fritt i endast en riktning vid kontakten mellan en metallpunkt och en galenakristall.

1901 patenterades den allra första halvledaranordningen, som kallas "kattviskare". Enheten uppfanns av Jagadis Chandra Bose. Cat whiskers var en punktkontakt halvledarlikriktare som användes för att upptäcka radiovågor.

En transistor är en enhet som består av halvledarmaterial. John Bardeen, Walter Brattain och William Shockley uppfann alla transistorn 1947 på Bell Labs.