Polprevodnik je material, ki ima določene edinstvene lastnosti v načinu reagiranja na električni tok. Je material, ki ima veliko nižjo odpornost na tok električni tok v eno smer kot v drugo. Električna prevodnost polprevodnika je med dobrim prevodnikom (kot baker) in izolatorjem (kot je guma). Od tod tudi ime polprevodnik. Polprevodnik je tudi material, katerega električno prevodnost lahko spremenimo (imenovano doping) z nihanji temperature, nanesenih polj ali dodajanjem nečistoč.
Medtem ko polprevodnik ni izum in si ga nihče ni izmislil, pa obstaja veliko izumov, ki so polprevodniške naprave. Odkritje polprevodniških materialov je omogočilo ogromen in pomemben napredek na področju elektronike. Potrebovali smo polprevodnike za miniaturizacijo računalnikov in računalniških delov. Potrebovali smo polprevodnike za izdelavo elektronskih delov, kot so diode, tranzistorji in mnogi fotovoltaične celice.
Polprevodniški materiali vključujejo elemente silicij in germanij ter spojine arzijed galija, svinčevega sulfida ali indijev fosfid. Obstaja veliko drugih polprevodnikov. Tudi določena plastika je lahko polprevodna, kar omogoča plastične svetleče diode (LED), ki so prožne in jih je mogoče oblikovati v poljubno obliko.
Kaj je elektronski doping?
Ken Mellendorf je povedal Newtonov vprašaj znanstvenika:
Doping je postopek, zaradi katerega so polprevodniki, kot sta silikon in germanij, pripravljeni za uporabo v diodah in tranzistorjih. Polprevodniki v svoji nedokončani obliki so pravzaprav električni izolatorji, ki ne izolirajo zelo dobro. Oblikujejo kristalni vzorec, kjer ima vsak elektron točno določeno mesto. Večina polprevodniških materialov ima štiri valenčni elektroni, štirje elektroni v zunanji lupini. Z vstavitvijo enega ali dveh odstotkov atomov s petimi valenčnimi elektroni, kot je arzen, s štirimi valenčnimi elektronskimi polprevodniki, kot je silicij, se zgodi nekaj zanimivega. Ni dovolj atomov arzena, da bi vplivali na celotno kristalno strukturo. Štiri od petih elektronov se uporabljajo v enakem vzorcu kot za silicij. Peti atom se ne ujema dobro v strukturi. Še vedno raje visi blizu atoma arzena, vendar se ne drži tesno. Zelo enostavno ga je odbiti in poslati na pot skozi material. Dopiran polprevodnik je veliko bolj podoben prevodniku kot neokrnjenemu polprevodniku. Prav tako lahko dopirate polprevodnik s tri-elektronskim atomom, kot je aluminij. Aluminij se prilega kristalni strukturi, zdaj pa strukturi manjka elektron. Temu rečemo luknja. Potekati sosednji elektron v luknjo je nekako tako, kot da se luknja premakne. Polaganje polprevodnika z elektronsko dopiranjem (n-tip) z polprevodnikom z luknjo (p-tip) ustvari diodo. Druge kombinacije ustvarjajo naprave, kot so tranzistorji.
Zgodovina polprevodnikov
Izraz »polprevodništvo« je prvič uporabil Alessandro Volta leta 1782.
Michael Faraday je bila prva oseba, ki je leta 1833 opazila polprevodniški učinek. Faraday je opazil, da se električna upornost srebrovega sulfida zmanjšuje s temperaturo. Karl Braun je leta 1874 odkril in dokumentiral prvi učinek polprevodniške diode. Braun je opazil, da tok prosto teče samo v eni smeri ob stiku med kovinsko točko in kristalom galene.
Leta 1901 je bila patentirana zelo prva polprevodniška naprava, imenovana "mačji viski". Napravo je izumil Jagadis Chandra Bose. Mačji viski je bil točkovni polprevodniški usmernik, ki se uporablja za zaznavanje radijskih valov.
Tranzistor je naprava, sestavljena iz polprevodniškega materiala. John Bardeen, Walter Brattain in William Shockley so vse skupaj izumili tranzistor leta 1947 v Bell Labs.
Vir
- Argonne National Laboratory. "NEWTON - vprašajte znanstvenika." Internetni arhiv, 27. februarja 2015.