Kas ir pusvadītājs?

Pusvadītājs ir materiāls, kam ir noteiktas unikālas īpašības, kā tas reaģē uz elektrisko strāvu. Tas ir materiāls, kam ir daudz zemāka pretestība pret elektriskā strāva vienā virzienā nekā citā. Pusvadītāja elektriskā vadītspēja ir starp labu vadītāju (piemēram, vara) un izolatora (piemēram, gumijas) elektrisko vadītspēju. Līdz ar to nosaukums pusvadītājs. Pusvadītājs ir arī materiāls, kura elektrisko vadītspēju var mainīt (saukt par dopingu), mainot temperatūru, piemērojot laukus vai pievienojot piemaisījumus.

Kaut arī pusvadītājs nav izgudrojums un pusvadītāju neviens neizgudroja, ir daudz izgudrojumu, kas ir pusvadītāju ierīces. Pusvadītāju materiālu atklāšana ļāva sasniegt milzīgus un nozīmīgus sasniegumus elektronikas jomā. Mums bija nepieciešami pusvadītāji datoru un datoru detaļu miniatūrizēšanai. Mums vajadzēja pusvadītājus tādu elektronisko detaļu ražošanai kā diodes, tranzistori un daudzas citas fotoelektriskās šūnas.

Pusvadītāju materiālos ietilpst silīcija un germānija elementi, kā arī savienojumi gallija arsenīds, svina sulfīds vai indija fosfīds. Ir daudz citu pusvadītāju. Pat dažas plastmasas var būt pusvadītas, ļaujot izmantot plastmasas gaismas diodes (LED), kas ir elastīgas un var tikt veidotas jebkurai vēlamajai formai.

Saskaņā ar Dr Ken Mellendorf plkst Ņūtona jautājiet zinātniekam:

“Dopings” ir procedūra, kuras rezultātā pusvadītājus, piemēram, silīciju un germāniju, sagatavo lietošanai diodēs un tranzistoros. Pusvadītāji to neizmantotajā formā faktiski ir elektriskie izolatori, kas neizolē ļoti labi. Tie veido kristāla modeli, kurā katram elektronam ir noteikta vieta. Lielākajai daļai pusvadītāju materiālu ir četri valences elektroni, četri elektroni ārējā apvalkā. Ievietojot vienu vai divus procentus atomu ar pieciem valences elektroniem, piemēram, arsēnu, ar četriem valences elektronu pusvadītājiem, piemēram, silīciju, notiek kaut kas interesants. Nav pietiekami daudz arsēna atomu, lai ietekmētu kopējo kristāla struktūru. Četri no pieciem elektroniem tiek izmantoti tādā pašā modelī kā silīcijs. Piektais atoms struktūrā labi neiederas. Tas joprojām dod priekšroku karājas netālu no arsēna atoma, bet tas nav cieši turēts. To ir ļoti viegli notriekt un nosūtīt pa ceļam caur materiālu. Pusvadītājs ar leģētu pārklājumu daudz vairāk atgādina diriģentu, nevis neizplatītu pusvadītāju. Pusvadītāju var izlocīt arī ar trīs elektronu atomu, piemēram, alumīniju. Alumīnijs iekļaujas kristāla struktūrā, bet tagad struktūrai trūkst elektronu. To sauc par caurumu. Kaimiņu elektrona pārvietošanās caurumā ir tāda pati kā cauruma pārvietošana. Ievietojot elektronu leģētu pusvadītāju (n-veida) ar caurumu-doped pusvadītāju (p-veida), izveidojas diode. Citas kombinācijas rada tādas ierīces kā tranzistori.

Terminu “pusvadīts” pirmo reizi lietoja Alessandro Volta 1782. gadā.

Maikls Faraday bija pirmā persona, kas 1833. gadā novēroja pusvadītāja efektu. Faraday novēroja, ka sudraba sulfīda elektriskā pretestība samazinājās līdz ar temperatūru. 1874. gadā Kārlis Brauns atklāja un dokumentēja pirmo pusvadītāju diožu efektu. Brauns novēroja, ka, saskaroties starp metāla punktu un galenas kristālu, strāva brīvi plūst tikai vienā virzienā.

1901. gadā tika patentēta pati pirmā pusvadītāju ierīce, ko sauca par “kaķu ūsām”. Ierīci izgudroja Jagadis Chandra Bose. Kaķu ūsas bija punktveida pusvadītāju taisngriezis, ko izmantoja radioviļņu noteikšanai.

Tranzistors ir ierīce, kas sastāv no pusvadītāju materiāla. Džons Bardēns, Valters Brattains un Viljams Šoklijs visi bija līdzautori tranzistors 1947. gadā Bell Labs.

• Argonnas Nacionālā laboratorija. "NEWTON - jautājiet zinātniekam." Interneta arhīvs, 2015. gada 27. februāris.