Čo je polovodič?

Polovodič je materiál, ktorý má určité jedinečné vlastnosti v spôsobe, akým reaguje na elektrický prúd. Je to materiál, ktorý má oveľa menší odpor voči toku elektrický prúd v jednom smere ako v inom. Elektrická vodivosť polovodiča je medzi vodivosťou dobrého vodiča (ako je meď) a vodivosti izolátora (ako je guma). Preto názov polovodič. Polovodič je tiež materiál, ktorého elektrická vodivosť sa môže meniť (nazýva sa doping) prostredníctvom zmien teploty, použitých polí alebo pridávania nečistôt.

Zatiaľ čo polovodič nie je vynález a nikto nevynalezl polovodič, existuje veľa vynálezov, ktoré sú polovodičovými zariadeniami. Objav polovodičových materiálov umožnil obrovský a dôležitý pokrok v oblasti elektroniky. Potrebovali sme polovodiče na miniaturizáciu počítačov a počítačových častí. Potrebovali sme polovodiče na výrobu elektronických súčiastok, ako sú diódy, tranzistory a mnoho ďalších fotovoltaické články.

Polovodičové materiály zahŕňajú prvky kremík a germánium a zlúčeniny arzenid gália, sulfid olova alebo fosfát india. Existuje mnoho ďalších polovodičov. Dokonca aj určité plasty môžu byť polovodivé, čo umožňuje vyrábať plastové diódy emitujúce svetlo (LED), ktoré sú flexibilné a môžu byť tvarované do ľubovoľného požadovaného tvaru.

Podľa Dr. Ken Mellendorfa na Newton's Ask a Scientist:

„Doping“ je postup, pri ktorom sú polovodiče, ako napríklad kremík a germánium, pripravené na použitie v diódach a tranzistoroch. Polovodiče v ich neotvorenej forme sú v skutočnosti elektrické izolátory, ktoré sa veľmi dobre neizolujú. Tvoria kryštálový vzorec, kde má každý elektrón jednoznačné miesto. Väčšina polovodičových materiálov má štyri valenčné elektróny, štyri elektróny vo vonkajšom obale. Vložením jedného alebo dvoch percent atómov s piatimi valenčnými elektrónmi, ako je arzén, do polovodičových elektrónov so štyrmi valencami, ako je kremík, sa stane niečo zaujímavé. Nie je dostatok atómov arzénu, ktoré by ovplyvnili celkovú kryštálovú štruktúru. Štyri z piatich elektrónov sa používajú v rovnakom vzore ako pre kremík. Piaty atóm nezapadá do štruktúry dobre. Stále radšej visí blízko atómu arzénu, ale nie je pevne držané. Je veľmi ľahké ho zraziť a poslať na cestu materiálom. Dotovaný polovodič je viac ako vodič, ktorý nie je polovodičom. Môžete tiež dopovať polovodič s atómom troch elektrónov, ako je napríklad hliník. Hliník zapadá do kryštalickej štruktúry, ale teraz v štruktúre chýba elektrón. Toto sa nazýva diera. Nútiť suseda so susedným elektrónom do diery je niečo ako posunúť dieru. Vložením elektródou dopovaného polovodiča (typ n) do otvoru dopovaného polovodiča (typ p) sa vytvorí dióda. Iné kombinácie vytvárajú zariadenia, ako sú tranzistory.

Pojem „polovodičové“ použil prvýkrát Alessandro Volta v roku 1782.

Michael Faraday bola prvou osobou, ktorá v roku 1833 pozorovala polovodičový efekt. Faraday pozoroval, že elektrický odpor sulfidu strieborného klesal s teplotou. V roku 1874 Karl Braun objavil a zdokumentoval prvý efekt polovodičovej diódy. Braun pozoroval, že prúd pri kontakte medzi kovovým bodom a galenickým kryštálom voľne prúdi iba jedným smerom.

V roku 1901 bolo patentované úplne prvé polovodičové zariadenie s názvom „mačacie fúzy“. Zariadenie vynašiel Jagadis Chandra Bose. Miešačky mačiek boli bodový polovodičový usmerňovač používaný na detekciu rádiových vĺn.

Tranzistor je zariadenie pozostávajúce z polovodičového materiálu. John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley spolu vymysleli tranzistor v roku 1947 v Bell Labs.

• Argonne National Laboratory. "NEWTON - Spýtajte sa vedca." Internetový archív, 27. februára 2015.