Semiconduttori
sono materiali unici: solidi la cui conducibilità elettrica può essere
cambiato deliberatamente, di solito in modo dinamico (reversibile). Essi
sono utilizzati per realizzare dispositivi a semiconduttore, che hanno portato all’era dell’informazione
della fine del XX secolo. Oggi questi materiali sono ovunque e
continuano a penetrare ulteriormente nella vita quotidiana della maggior parte delle persone.
dispositivi
realizzati con semiconduttori includono attuatori e sistemi di controllo nelle automobili,
Lettori MP3, cellulari e computer di ogni tipo. Questi materiali
sono probabilmente una delle tecnologie più importanti del XX secolo,
e continuano ad essere un aspetto centrale delle economie sviluppate. Il
i più comuni sono fatti di silicio, poiché è relativamente economico da estrarre
dalla sabbia. L’industria dei semiconduttori vende diverse centinaia di miliardi di dollari USA
Dollari di prodotto all’anno.
Il progetto
i primi semiconduttori erano piccoli rivelatori sulle radio popolari in tutto il
inizio del XX secolo. Erano chiamati “baffi di gatto” e
l’elemento semiconduttore era solfuro di piombo. Nessuno in quel momento davvero
capito come funzionavano; hanno appena fatto. Non è stato fino al 1939 che
Richard Ohl, un inventore dei Bell Labs che fu anche il primo a brevettare
celle solari, ha scoperto che alcuni cristalli con piccole impurità hanno
conducibilità che varia in base all’esposizione alla luce. Il suo lavoro è cresciuto
di uno sforzo per trovare pratici amplificatori ad alta frequenza per
applicazioni in radio.
Otto
anni dopo, nel 1947, altri scienziati dei Bell Labs usarono i semiconduttori
materiali per creare un dispositivo di punto di contatto che hanno chiamato a
transistor. Il materiale utilizzato era il germanio. L’intero dispositivo era
alto circa mezzo piede, e richiedeva che l’elemento fosse estremamente
purificato.
Il progetto
La struttura che sta alla base di qualsiasi transistor è la giunzione pn. Esso ha
due regioni: una regione ap e una regione n. La regione p è “drogata” con
piccole quantità di boro, causando il riempimento del materiale con
numerosi “buchi” elettronici, che sono un’assenza di elettroni dove
gli elettroni dovrebbero essere. Questo accade perché il boro ha valenza tre,
che fa sì che assorba gli elettroni esterni debolmente legati dal
valenza-quattro atomi di semiconduttore, lasciando vuoti al suo posto. Poi
regione è drogata con un materiale che ha una valenza di cinque, causando la
effetto inverso, in cui le impurità donano il loro elettrone in più al
materiale, causando un’abbondanza di elettroni.
Questa
l’abbondanza relativa e l’assenza di elettroni viene sfruttata nel
transistor. Una serie di due giunzioni pn costituisce il cuore del
dispositivo. Manipolando le giunzioni, è possibile regolare il flusso di carica
precisamente, consentendo l’elettronica complessa. Variazioni sul
transistor può essere utilizzato per realizzare LED e sensori molto delicati, mentre
la maggior parte dei computer ha miliardi di transistor di diversi tipi.
Sebbene il silicio sia il transistor più comune oggi, il diamante, che
può essere configurato in una matrice 3D più facilmente rispetto ai transistor al silicio,
potrebbe essere utilizzato in futuro.