Mikä on puolijohde?

Puolijohde on materiaali, jolla on tiettyjä ainutlaatuisia ominaisuuksia tavalla, jolla se reagoi sähkövirtaan. Se on materiaalia, jolla on paljon alhaisempi vastus virtauksen suhteen sähkövirta yhteen suuntaan kuin toiseen. Puolijohteen sähkönjohtavuus on hyvän johtimen (kuten kupari) ja eristimen (kuten kumi) välillä. Siksi nimi puolijohde. Puolijohde on myös materiaali, jonka sähkönjohtavuutta voidaan muuttaa (kutsutaan dopingiksi) lämpötilan muutosten, kohdistettujen kenttien tai epäpuhtauksien lisäämisen kautta.

Vaikka puolijohde ei ole keksintö eikä kukaan keksinyt puolijohdea, on olemassa monia keksintöjä, jotka ovat puolijohdelaitteita. Puolijohdemateriaalien löytäminen mahdollisti valtavan ja merkittävän edistyksen elektroniikan alalla. Tarvitsimme puolijohteita tietokoneiden ja niiden osien pienentämiseen. Tarvitsimme puolijohteita elektronisten osien, kuten diodien, transistorien ja monien, valmistukseen aurinkokennot.

Puolijohdemateriaalit sisältävät elementit pii ja germanium ja yhdisteet gallium-arsenidi, lyijysulfidi tai indiumfosfidi. On monia muita puolijohteita. Jopa tietyt muovit voivat olla puolijohtavia, mikä sallii muoviset valoa emittoivat diodit (LEDit), jotka ovat joustavia ja voidaan muovata mihin tahansa haluttuun muotoon.

Dr. Ken Mellendorfin mukaan Newtonin kysy tutkijalta:

'Doping' on menetelmä, joka tekee puolijohteista, kuten piistä ja germaniumista, käyttövalmiita diodeissa ja transistoreissa. Puolijohteet niiden käyttämättömässä muodossa ovat oikeastaan ​​sähköeristeitä, jotka eivät eristä kovin hyvin. Ne muodostavat kidekuvion, jossa jokaisella elektronilla on tietty sijainti. Suurimmassa osassa puolijohdemateriaaleja on neljä valenssielektronit, neljä elektronia ulkokuoressa. Laittamalla yksi tai kaksi prosenttia atomeista, joissa on viisi valenssielektronia, kuten arseeni, neljään valenssielektroni-puolijohteeseen, kuten piin, tapahtuu jotain mielenkiintoista. Arseeniatomeja ei ole tarpeeksi vaikuttamaan kiderakenteeseen kokonaisuudessaan. Neljä viidestä elektronista käytetään samassa kuviossa kuin pii. Viides atomi ei sovi hyvin rakenteeseen. Se silti mieluummin roikkua lähellä arseeniatomia, mutta sitä ei pidetä tiukasti. On erittäin helppo koputtaa se irti ja lähettää matkalla materiaalin läpi. Seostettu puolijohde on paljon enemmän kuin johdin kuin seostamaton puolijohde. Voit myös selata puolijohteen kolmen elektronin atomilla, kuten alumiinilla. Alumiini sopii kiderakenteeseen, mutta nyt rakenteesta puuttuu elektroni. Tätä kutsutaan reikäksi. Viereisen elektronin siirtäminen reikään on tavallaan kuin reiän liikkuminen. Elektrodiseostetun puolijohteen (n-tyyppinen) asettaminen reikäseostettuun puolijohteeseen (p-tyyppi) luo diodin. Muut yhdistelmät luovat laitteita, kuten transistoreita.

Termiä "puolijohde" käytti ensimmäistä kertaa Alessandro Volta vuonna 1782.

Michael Faraday oli ensimmäinen henkilö, joka havaitsi puolijohdetehosteen vuonna 1833. Faraday havaitsi, että hopeasulfidin sähkövastus laski lämpötilan mukana. Vuonna 1874 Karl Braun löysi ja dokumentoi ensimmäisen puolijohdedioditehosteen. Braun havaitsi, että virta virtaa vapaasti vain yhdessä suunnassa metallipisteen ja galenakiteen välisessä kosketuksessa.

Vuonna 1901 patentoitiin aivan ensimmäinen puolijohdelaite, nimeltään "kissan viikset". Laitteen keksi Jagadis Chandra Bose. Kissanviikset olivat pistekontaktipuolijohdetasasuuntaaja, jota käytettiin radioaaltojen havaitsemiseen.

Transistori on laite, joka koostuu puolijohdemateriaalista. John Bardeen, Walter Brattain ja William Shockley keksivat kaikki yhdessä transistori vuonna 1947 Bell Labsissa.

• Argonnen kansallinen laboratorio. "NEWTON - kysy tutkijalta." Internet-arkisto, 27. helmikuuta 2015.