Что такое полупроводник?

Полупроводник - это материал, который обладает определенными уникальными свойствами в отношении реакции на электрический ток. Это материал, который имеет гораздо меньшее сопротивление потоку электрический ток в одном направлении, чем в другом. Электропроводность полупроводника находится между проводимостью хорошего проводника (например, меди) и проводника изолятора (например, резины). Отсюда и название полупроводник. Полупроводник также является материалом, электрическая проводимость которого может быть изменена (так называемое легирование) из-за изменений температуры, приложенных полей или добавления примесей.

Хотя полупроводник не является изобретением, и никто не изобрел полупроводник, существует много изобретений, которые являются полупроводниковыми устройствами. Открытие полупроводниковых материалов позволило достичь огромных и важных достижений в области электроники. Нам нужны были полупроводники для миниатюризации компьютеров и компьютерных комплектующих. Нам нужны были полупроводники для производства электронных компонентов, таких как диоды, транзисторы и многие другие.

Полупроводниковые материалы включают элементы кремний и германий, а также соединения арсенида галлия, сульфида свинца или фосфида индия. Есть много других полупроводников. Даже некоторые пластмассы могут быть полупроводниковыми, что позволяет использовать пластмассовые светодиоды (LED), которые являются гибкими и могут быть отлиты в любую желаемую форму.

По словам доктора Кена Меллендорфа в Ньютона Спроси Ученого:

«Легирование» - это процедура, которая делает полупроводники, такие как кремний и германий, готовыми для использования в диодах и транзисторах. Полупроводники в их нелегированной форме на самом деле являются электрическими изоляторами, которые плохо изолируют. Они образуют кристаллический паттерн, где каждый электрон имеет определенное место. Большинство полупроводниковых материалов имеют четыре валентные электронычетыре электрона во внешней оболочке. Помещая один или два процента атомов с пятью валентными электронами, такими как мышьяк, с четырехвалентным электронным полупроводником, таким как кремний, происходит нечто интересное. Недостаточно атомов мышьяка, чтобы повлиять на общую кристаллическую структуру. Четыре из пяти электронов используются по той же схеме, что и для кремния. Пятый атом плохо вписывается в структуру. Он по-прежнему предпочитает висеть рядом с атомом мышьяка, но не держится крепко. Очень легко разбить его и отправить по пути через материал. Легированный полупроводник намного больше похож на проводник, чем нелегированный полупроводник. Вы также можете легировать полупроводник с трехэлектронным атомом, таким как алюминий. Алюминий вписывается в кристаллическую структуру, но теперь в структуре отсутствует электрон. Это называется дырой. Заставить соседний электрон двигаться в дыру - все равно что заставить дыру двигаться. Размещение полупроводника, легированного электронами (n-типа), с полупроводником, легированным дырками (p-типа), создает диод. Другие комбинации создают устройства, такие как транзисторы.

Термин «полупроводниковый» был впервые использован Алессандро Вольта в 1782 году.

Майкл Фарадей был первым человеком, который наблюдал эффект полупроводника в 1833 году. Фарадей заметил, что электрическое сопротивление сульфида серебра уменьшается с температурой. В 1874 году Карл Браун открыл и задокументировал первый эффект полупроводникового диода. Браун заметил, что ток течет свободно только в одном направлении при контакте между металлической точкой и кристаллом галена.

В 1901 году было запатентовано самое первое полупроводниковое устройство, называемое «усы для кошек». Устройство было изобретено Джагадисом Чандрой Бозе. Усы Cat были полупроводниковым выпрямителем с точечным контактом, используемым для обнаружения радиоволн.

Транзистор - это устройство, состоящее из полупроводникового материала. Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли все изобрели транзистор в 1947 году в Bell Labs.

• Аргоннская национальная лаборатория. «НЬЮТОН - спроси ученого». Интернет-архив, 27 февраля 2015 г.