Τι είναι ημιαγωγός;

Ο ημιαγωγός είναι ένα υλικό που έχει ορισμένες μοναδικές ιδιότητες στον τρόπο με τον οποίο αντιδρά στο ηλεκτρικό ρεύμα. Είναι ένα υλικό που έχει πολύ χαμηλότερη αντίσταση στη ροή του ηλεκτρικό ρεύμα σε μια κατεύθυνση από την άλλη. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός ημιαγωγού είναι μεταξύ ενός καλού αγωγού (όπως ο χαλκός) και ενός μονωτήρα (όπως το καουτσούκ). Ως εκ τούτου, το όνομα ημιαγωγών. Ένας ημιαγωγός είναι επίσης ένα υλικό του οποίου η ηλεκτρική αγωγιμότητα μπορεί να μεταβληθεί (ονομάζεται ντόπινγκ) μέσω διακυμάνσεων της θερμοκρασίας, των εφαρμοζόμενων πεδίων ή της προσθήκης ακαθαρσιών.

Ενώ ένας ημιαγωγός δεν είναι εφεύρεση και κανείς δεν εφευρέθηκε το ημιαγωγό, υπάρχουν πολλές εφευρέσεις που είναι συσκευές ημιαγωγών. Η ανακάλυψη υλικών ημιαγωγών επέτρεψε τεράστιες και σημαντικές εξελίξεις στον τομέα των ηλεκτρονικών. Χρειαζόμασταν ημιαγωγοί για τη μικρογραφία των υπολογιστών και των τμημάτων του υπολογιστή. Χρειαζόμασταν ημιαγωγούς για την κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων όπως δίοδοι, τρανζίστορ και πολλοί φωτοβολταϊκά κύτταρα.

Τα υλικά των ημιαγωγών περιλαμβάνουν τα στοιχεία πυρίτιο και γερμάνιο, και τα συστατικά αρσενικό γάλλιο, σουλφίδιο μολύβδου ή φωσίδιο του ινδίου. Υπάρχουν πολλοί άλλοι ημιαγωγοί. Ακόμη και ορισμένα πλαστικά μπορούν να είναι ημιαγωγικά, επιτρέποντας πλαστικές διόδους εκπομπής φωτός (LED) που είναι εύκαμπτες και μπορούν να χυτευθούν σε οποιοδήποτε επιθυμητό σχήμα.

Σύμφωνα με τον Δρ Ken Mellendorf στο Ο Νεύτωνας ρωτάει έναν επιστήμονα:

Το «ντόπινγκ» είναι μια διαδικασία που κάνει ημιαγωγούς όπως πυρίτιο και γερμάνιο έτοιμο για χρήση σε διόδους και τρανζίστορ. Οι ημιαγωγοί στην ανοιχτή τους μορφή είναι στην πραγματικότητα ηλεκτρικοί μονωτήρες που δεν μονώνονται πολύ καλά. Δημιουργούν ένα μοτίβο κρυστάλλων όπου κάθε ηλεκτρόνιο έχει καθορισμένη θέση. Τα περισσότερα υλικά από ημιαγωγούς έχουν τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους, τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος. Με την τοποθέτηση ενός ή δύο τοις εκατό ατόμων με πέντε ηλεκτρόνια σθένους όπως το αρσενικό με ένα ημιαγωγό ηλεκτρονίων τεσσάρων σθένους όπως το πυρίτιο, συμβαίνει κάτι ενδιαφέρον. Δεν υπάρχουν αρκετά άτομα αρσενικού για να επηρεάσουν τη συνολική κρυσταλλική δομή. Τέσσερα από τα πέντε ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο όπως για το πυρίτιο. Το πέμπτο άτομο δεν ταιριάζει καλά στη δομή. Εξακολουθεί να προτιμά να κρεμάει κοντά στο άτομο του αρσενικού, αλλά δεν κρατιέται σφιχτά. Είναι πολύ εύκολο να χτυπήσει το χαλαρό και να το στείλετε στο δρόμο του μέσα από το υλικό. Ένας ντοπαμικός ημιαγωγός μοιάζει πολύ περισσότερο με έναν αγωγό από έναν ημικυκλωτή. Μπορείτε επίσης να κάνετε ένα ημιαγωγό με ένα άτομο τριών ηλεκτρονίων, όπως το αλουμίνιο. Το αλουμίνιο ταιριάζει στην κρυσταλλική δομή, αλλά τώρα στη δομή λείπει ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό ονομάζεται τρύπα. Κάνοντας μια γειτονική κίνηση ηλεκτρονίων στην τρύπα είναι σαν να κάνατε την κίνηση της τρύπας. Η τοποθέτηση ενός ημιαγωγού με νεύρωση με ηλεκτρόνια (τύπου n) με ένα ημιαγωγό με οπή με οπές (τύπου p) δημιουργεί μια δίοδο. Άλλοι συνδυασμοί δημιουργούν συσκευές όπως τρανζίστορ.

Ο όρος "ημιαγωγός" χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Alessandro Volta το 1782.

Μιχαήλ Φαραντάι ήταν το πρώτο πρόσωπο που παρατήρησε ένα φαινόμενο ημιαγωγών το 1833. Ο Faraday παρατήρησε ότι η ηλεκτρική αντίσταση του θειούχου αργύρου μειώθηκε με τη θερμοκρασία. Το 1874, ο Karl Braun ανακάλυψε και τεκμηριώθηκε το πρώτο αποτέλεσμα της διόδου του ημιαγωγού. Ο Braun παρατήρησε ότι το ρεύμα ρέει ελεύθερα σε μία μόνο κατεύθυνση στην επαφή μεταξύ ενός μεταλλικού σημείου και ενός κρυστάλλου γαλένας.

Το 1901, η πρώτη συσκευή ημιαγωγών, που ονομάζεται "γάτα μουστάκια", κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Η συσκευή επινοήθηκε από τον Jagadis Chandra Bose. Τα μουστάκια γάτας ήταν ένας ανορθωτής ημιαγωγών που έρχεται σε επαφή με τα σημεία και χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ραδιοκυμάτων.

Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή που αποτελείται από υλικό ημιαγωγού. Ο John Bardeen, ο Walter Brattain και ο William Shockley όλοι εφευρέθηκαν τρανζίστορ το 1947 στο Bell Labs.

• Εθνικό Εργαστήριο Argonne. "NEWTON - Ρωτήστε έναν επιστήμονα." Αρχείο Internet, 27 Φεβρουαρίου 2015.