Polovodič je materiál, který má určité jedinečné vlastnosti ve způsobu, jakým reaguje na elektrický proud. Je to materiál, který má mnohem menší odpor vůči toku elektrický proud v jednom směru než v jiném. Elektrická vodivost polovodiče je mezi vodivostí dobrého vodiče (jako měď) a vodivostí izolátoru (jako je guma). Proto název polovodič. Polovodič je také materiál, jehož elektrická vodivost může být měněna (nazývána doping) změnami teploty, aplikovaných polí nebo přidáváním nečistot.
Zatímco polovodič není vynálezem a nikdo nevynalezl polovodič, existuje mnoho vynálezů, které jsou polovodičovými zařízeními. Objev polovodičových materiálů umožnil obrovský a důležitý pokrok v oblasti elektroniky. Potřebovali jsme polovodiče pro miniaturizaci počítačů a počítačových součástí. Potřebovali jsme polovodiče pro výrobu elektronických součástek, jako jsou diody, tranzistory a mnoho fotovoltaické články.
Polovodičové materiály zahrnují prvky křemík a germanium a sloučeniny arzenid gallia, sulfid olova nebo fosfid india. Existuje mnoho dalších polovodičů. Dokonce i určité plasty mohou být polovodivé, což umožňuje plastové diody emitující světlo (LED), které jsou ohebné a lze je tvarovat do libovolného požadovaného tvaru.
Co je elektronový doping?
Podle Dr. Ken Mellendorfa na Newton je zeptejte se vědce:
„Doping“ je postup, díky kterému jsou polovodiče, jako je křemík a germanium, připraveny k použití v diodách a tranzistorech. Polovodiče ve své neuzavřené podobě jsou ve skutečnosti elektrické izolátory, které se velmi dobře neizolují. Tvoří krystalický vzorec, kde má každý elektron jednoznačné místo. Většina polovodičových materiálů má čtyři valenční elektrony, čtyři elektrony ve vnějším obalu. Vložením jednoho nebo dvou procent atomů s pěti valenčními elektrony, jako je arzen, do čtyřvelektrodového polovodiče jako je křemík, se stane něco zajímavého. Není dostatek atomů arsenu, aby ovlivnil celkovou krystalovou strukturu. Čtyři z pěti elektronů se používají ve stejném vzorci jako pro křemík. Pátý atom nezapadá do struktury dobře. Stále raději visí blízko atomu arsenu, ale není pevně drženo. Je velmi snadné ho srazit a poslat na jeho cestu skrz materiál. Dopovaný polovodič je mnohem více dirigentem než nedotčený polovodič. Můžete také dopovat polovodič s atomem tří elektronů, jako je hliník. Hliník zapadá do krystalové struktury, ale nyní struktuře chybí elektron. Tomu se říká díra. To, že sousední elektron se pohybuje do díry, je něco jako pohyb díry. Vložením elektronicky dopovaného polovodiče (typ n) do polovodiče dopovaného dírou (typ p) se vytvoří dioda. Jiné kombinace vytvářejí zařízení, jako jsou tranzistory.
Historie polovodičů
Pojem „polovodič“ byl poprvé použit Alessandro Volta v roce 1782.
Michael Faraday byla první osoba pozorovat polovodičový účinek v 1833. Faraday pozoroval, že elektrický odpor sulfidu stříbra klesal s teplotou. V roce 1874 Karl Braun objevil a dokumentoval první polovodičový diodový efekt. Braun pozoroval, že proud volně proudí pouze jedním směrem při kontaktu mezi kovovým bodem a galenickým krystalem.
V roce 1901 bylo patentováno úplně první polovodičové zařízení zvané „kočičí vousy“. Zařízení vynalezl Jagadis Chandra Bose. Vousy pro kočky byly bodový polovodičový usměrňovač používaný pro detekci rádiových vln.
Tranzistor je zařízení složené z polovodičového materiálu. John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley společně vymysleli tranzistor v roce 1947 v Bell Labs.
Zdroj
- Argonne National Laboratory. "NEWTON - Zeptej se vědce." Internetový archiv, 27. února 2015.