Hvad er en halvleder?

En halvleder er et materiale, der har visse unikke egenskaber i den måde, det reagerer på elektrisk strøm. Det er et materiale, der har meget lavere modstand mod strømmen af elektrisk strøm i en retning end i en anden. Den elektriske ledningsevne for en halvleder er mellem den for en god leder (som kobber) og den for en isolator (som gummi). Derfor navnet halvleder. En halvleder er også et materiale, hvis elektriske ledningsevne kan ændres (kaldes doping) gennem variationer i temperatur, anvendte felter eller tilføjelse af urenheder.

Mens en halvleder ikke er en opfindelse, og ingen opfandt halvlederen, er der mange opfindelser, der er halvlederindretninger. Opdagelsen af ​​halvledermaterialer muliggjorde enorme og vigtige fremskridt inden for elektronikområdet. Vi havde brug for halvledere til miniaturisering af computere og computerdele. Vi havde brug for halvledere til fremstilling af elektroniske dele som dioder, transistorer og mange fotovoltaiske celler.

Halvledermaterialer inkluderer elementerne silicium og germanium og forbindelserne galliumarsenid, bly sulfid eller indiumphosphid. Der er mange andre halvledere. Selv visse plastmaterialer kan være halvledende, hvilket giver mulighed for plastiske lysemitterende dioder (LED'er), der er fleksible og kan støbes til enhver ønsket form.

Ifølge Dr. Ken Mellendorf kl Newton spørger en videnskabsmand:

'Doping' er en procedure, der gør halvledere såsom silicium og germanium klar til brug i dioder og transistorer. Halvledere i deres udopede form er faktisk elektriske isolatorer, der ikke isolerer meget godt. De danner et krystalmønster, hvor hvert elektron har et bestemt sted. De fleste halvledermaterialer har fire valenselektroner, fire elektroner i den ydre skal. Ved at sætte en eller to procent af atomer med fem valenselektroner, såsom arsen, ind med en fire-valens elektron-halvleder, såsom silicium, sker der noget interessant. Der er ikke nok arsenatomer til at påvirke den samlede krystalstruktur. Fire af de fem elektroner bruges i det samme mønster som til silicium. Det femte atom passer ikke godt i strukturen. Den foretrækker stadig at hænge i nærheden af ​​arsenatomet, men det holdes ikke tæt. Det er meget let at slå det løs og sende det på vej gennem materialet. En doteret halvleder er meget mere som en leder end en udoped halvleder. Du kan også dope en halvleder med et tre-elektronatom, såsom aluminium. Aluminiumet passer ind i krystalstrukturen, men nu mangler strukturen et elektron. Dette kaldes et hul. At få et nærliggende elektron til at bevæge sig ind i hullet er på samme måde som at få hullet til at bevæge sig. At sætte en elektronisk doteret halvleder (n-type) med en hul-dopet halvleder (p-type) skaber en diode. Andre kombinationer skaber enheder såsom transistorer.

Udtrykket "halvledelse" blev brugt for første gang af Alessandro Volta i 1782.

Michael Faraday var den første person, der observerede en halvledereffekt i 1833. Faraday bemærkede, at den elektriske modstand for sølvsulfid faldt med temperaturen. I 1874 opdagede og dokumenterede Karl Braun den første halvlederdiodeeffekt. Braun observerede, at strøm flyder frit i kun en retning ved kontakten mellem et metalpunkt og en galenakrystall.

I 1901 blev den allerførste halvlederenhed, kaldet "kattehår," patenteret. Enheden blev opfundet af Jagadis Chandra Bose. Cat whiskers var en punktkontakt halvleder ensretter, der blev brugt til at detektere radiobølger.

En transistor er en anordning sammensat af halvledermateriale. John Bardeen, Walter Brattain og William Shockley alle sammen opfandt transistor i 1947 på Bell Labs.

• Argonne National Laboratory. "NEWTON - Spørg en videnskabsmand." Internetarkiv, 27. februar 2015.