Polprevodniki
so edinstveni materiali: trdne snovi, katerih električna prevodnost je lahko
namerno spreminjal, običajno na dinamičen (reverzibilen) način. oni
se uporabljajo za izdelavo polprevodniških naprav, kar je vodilo v informacijsko dobo
poznega 20. stoletja. Danes so ti materiali povsod in
še naprej prodira v vsakdanje življenje večine ljudi.
naprave
izdelani s polprevodniki vključujejo aktuatorje in krmilne sisteme v avtomobilih,
MP3 predvajalniki, mobilni telefoni in računalniki vseh vrst. Ti materiali
so verjetno ena najpomembnejših tehnologij 20. stoletja,
in še naprej so osrednji vidik razvitih gospodarstev. The
najpogosteje so narejeni iz silicija, saj je pridobivanje relativno poceni
iz peska. Polprevodniška industrija proda več sto milijard ameriških dolarjev
Dolarjev izdelka na leto.
O
prvi polprevodniki so bili majhni detektorji na radiih, priljubljenih po vsem svetu
začetek 20. stoletja. Imenovali so jih “mačji brki” in
polprevodniški element je bil svinčev sulfid. Takrat res nihče
razumeli, kako delujejo; so pravkar naredili. To je bilo šele leta 1939
Richard Ohl, izumitelj pri Bell Labs, ki je tudi prvi patentiral
sončnih celic, odkrili, da imajo nekateri kristali z majhnimi nečistočami
prevodnost, ki se spreminja glede na izpostavljenost svetlobi. Njegovo delo je raslo
prizadevanja za iskanje praktičnih visokofrekvenčnih ojačevalnikov za
aplikacije na radiu.
Osem
leta pozneje, leta 1947, so drugi znanstveniki v Bell Labs uporabili polprevodništvo
materialov za izdelavo naprave za točkovni stik, ki so jo poimenovali a
tranzistor. Uporabljen material je bil germanij. Celotna naprava je bila
visok približno pol metra in zahteval, da je element izjemno
prečiščena.
O
struktura, na kateri temelji kateri koli tranzistor, je pn spoj. Ima
dve regiji: ap regija in regija n. Področje p je “dopirano” z
majhne količine bora, zaradi česar se material napolni
številne elektronske »luknje«, ki so odsotnost elektronov kjer
elektroni bi morali biti. To se zgodi, ker ima bor valenco tri,
kar povzroči, da absorbira šibko vezane zunanje elektrone iz
valence-štirje polprevodniški atomi, ki na svojem mestu puščajo praznine. n
regija je dopirana z materialom, ki ima valenco pet, kar povzroča
povratni učinek, kjer nečistoče darujejo svoj dodatni elektron
materiala, kar povzroča obilico elektronov.
Ta
relativna številčnost in odsotnost elektronov se izkorišča v
tranzistor. Serija dveh pn stičišč sestavlja srce
napravo. Z manipulacijo stičišč je mogoče regulirati pretok naboja
natančno, kar omogoča kompleksno elektroniko. Različice na
tranzistor se lahko uporablja za izdelavo LED in zelo občutljivih senzorjev, medtem ko
večina računalnikov ima milijarde tranzistorjev različnih vrst.
Čeprav je silicij najpogostejši tranzistor danes, diamant, ki
je mogoče lažje konfigurirati v 3D matriki kot silicijevi tranzistorji,
se lahko uporablja v prihodnosti.