Mi az a félvezető?

A félvezető olyan anyag, amelynek bizonyos egyedi tulajdonságai vannak az elektromos áramra való reagálás szempontjából. Ez egy olyan anyag, amelynek sokkal alacsonyabb az ellenállása az áramláshoz elektromos áram egyik irányba, mint a másikba. A félvezető elektromos vezetőképessége a jó vezető (mint például a réz) és a szigetelő (mint például a gumi) között van. Ezért a félvezető név. A félvezető olyan anyag, amelynek elektromos vezetőképessége megváltoztatható (úgynevezett doppingolás) a hőmérséklet-változások, az alkalmazott mezők vagy szennyeződések hozzáadásával.

Miközben a félvezető nem találmány, és senki sem találta ki a félvezetőt, sok találmány létezik, amelyek félvezető eszközök. A félvezető anyagok felfedezése óriási és fontos előrelépéseket tett lehetővé az elektronika területén. Félvezetőkre volt szükségünk a számítógépek és a számítógépes alkatrészek miniatürizálásához. Félvezetőkre volt szükségünk az elektronikus alkatrészek, például diódák, tranzisztorok és sok más gyártásához fotovoltaikus cellák.

A félvezető anyagok magukban foglalják a szilíciumot és a germániumot, valamint a gallium-arzenid, ólom-szulfid vagy indium-foszfid vegyületeket. Sok más félvezető is létezik. Még egyes műanyagok félvezetőek is lehetnek, lehetővé téve olyan rugalmas műanyag fénykibocsátó diódák (LED-ek) alkalmazását, amelyek bármilyen kívánt alakba önthetők.

Dr. Ken Mellendorf szerint Newton kérdezzen egy tudóstól:

A „dopping” egy olyan eljárás, amely félvezetőket, például szilíciumot és germániumot készít elő diódákban és tranzisztorokban történő felhasználásra. A nem használt formájú félvezetők valójában olyan elektromos szigetelők, amelyek nem szigetelnek nagyon jól. Kristálymintát képeznek, ahol minden elektronnak van egy meghatározott helye. A legtöbb félvezető anyagnak négy vegyérték elektronok, négy elektron a külső héjában. Ha valamely atom atomjának egy vagy két százalékát öt vegyértékértékű elektronnal, például arzénnel helyezzük el egy négy vegyértékű elektron félvezetővel, például szilíciummal, történik valami érdekes esemény. Nincs elég arzénatom, hogy befolyásolja a teljes kristályszerkezetet. Az öt elektronból négyet ugyanolyan mintázatban használunk, mint a szilíciumot. Az ötödik atom nem felel meg jól a szerkezetnek. Még inkább az arzén atom közelében lóg, de nem tartja szorosan. Nagyon könnyű megkopogtatni és továbbadni az anyagon keresztül. Az adalékolt félvezető sokkal inkább egy vezetőhöz hasonlít, mint a nem szétszerelt félvezető. Félvezetőt is dobhat egy három elektron atomjával, például alumíniummal. Az alumínium belefér a kristályszerkezetbe, de most a szerkezetben hiányzik egy elektron. Ezt lyuknak hívják. A szomszédos elektron mozgatása a lyukba olyan, mintha a lyuk mozogna. Elektróda-adalékolt félvezető (n-típusú) és lyuk-adalékolt félvezető (p-típusú) elhelyezésével dióda alakul ki. Más kombinációk eszközöket hoznak létre, például tranzisztorokat.

A "félvezető" kifejezést először használta Alessandro Volta 1782-ben.

Michael Faraday volt az első, aki 1833-ban megfigyelte a félvezető hatást. Faraday megfigyelte, hogy az ezüst-szulfid elektromos ellenállása a hőmérséklettel csökkent. 1874-ben Karl Braun felfedezte és dokumentálta az első félvezető diódahatást. Braun megfigyelte, hogy az áram csak egy irányban áramlik szabadon egy fémpont és a galena kristály közötti érintkezésnél.

1901-ben szabadalmaztatásra került a legelső félvezető eszköz, melyet "macskavargóknak" hívtak. A készüléket Jagadis Chandra Bose találta ki. A macskavargók egy pont-érintkező félvezető egyenirányítót használták a rádióhullámok kimutatására.

A tranzisztor egy félvezető anyagból álló eszköz. John Bardeen, Walter Brattain és William Shockley együtt találták ki a tranzisztor 1947-ben a Bell Labs-ban.

• Argonne Nemzeti Laboratórium. "NEWTON - Kérdezzen meg egy tudóstól." Internetes archívum, 2015. február 27.