Halbleiter
sind einzigartige Materialien: Festkörper, deren elektrische Leitfähigkeit
bewusst, meist dynamisch (reversibel) verändert. Sie
werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet, was zum Informationszeitalter führte
des späten 20. Jahrhunderts. Heute sind diese Materialien überall und
weiter in den Alltag der meisten Menschen eindringen.
Geräte
aus Halbleitern hergestellte Aktuatoren und Steuerungssysteme in Autos,
MP3-Player, Handys und Computer aller Art. Diese Materialien
sind wohl eine der wichtigsten Technologien des 20. Jahrhunderts,
und sie sind nach wie vor ein zentraler Aspekt der entwickelten Volkswirtschaften. Die
am häufigsten bestehen aus Silizium, da es relativ günstig zu gewinnen ist
aus Sand. Die Halbleiterindustrie verkauft mehrere hundert Milliarden US-Dollar
Dollar Produkt pro Jahr.
Das
Die ersten Halbleiter waren kleine Detektoren in Radios, die in der ganzen Welt populär waren
Anfang des 20. Jahrhunderts. Sie wurden „Katzenschnurrhaare“ genannt und
das halbleitende Element war Bleisulfid. Niemand zu der Zeit wirklich
verstanden, wie sie funktionierten; sie haben es einfach getan. Erst 1939
Richard Ohl, ein Erfinder bei Bell Labs, der auch als erster Patent angemeldet hat
Solarzellen, entdeckte, dass bestimmte Kristalle mit kleinen Verunreinigungen
Leitfähigkeit, die je nach Lichteinwirkung variiert. Seine Arbeit ist gewachsen
Suche nach praxistauglichen Hochfrequenzverstärkern für
Anwendungen im Radio.
Acht
Jahre später, 1947, verwendeten andere Wissenschaftler der Bell Labs Halbleiter
Materialien, um ein Punktkontaktgerät zu schaffen, das sie a . nannten
Transistor. Als Material wurde Germanium verwendet. Das ganze Gerät war
etwa einen halben Fuß groß und erforderte, dass das Element extrem
gereinigt.
Das
Struktur, die jedem Transistor zugrunde liegt, ist der pn-Übergang. Es hat
zwei Regionen: eine p-Region und eine n-Region. Der p-Bereich ist „dotiert“ mit
geringe Mengen an Bor, wodurch sich das Material mit . füllt
zahlreiche Elektronen-„Löcher“, die eine Abwesenheit von Elektronen darstellen, in denen
Elektronen sollten sein. Dies geschieht, weil Bor eine Wertigkeit von drei hat,
wodurch es schwach gebundene äußere Elektronen aus dem absorbiert
Valenz-vier Halbleiteratome, die an ihrer Stelle Hohlräume hinterlassen. Dann
Die Region ist mit einem Material der Wertigkeit fünf dotiert, wodurch die
umgekehrter Effekt, bei dem die Verunreinigungen ihr zusätzliches Elektron an die
Material, das eine Fülle von Elektronen verursacht.
Mit diesem
relative Häufigkeit und Abwesenheit von Elektronen wird in der
Transistor. Eine Reihe von zwei pn-Übergängen bildet das Herzstück des
Gerät. Durch Manipulation der Junctions kann der Ladungsfluss reguliert werden
präzise, was eine komplexe Elektronik ermöglicht. Variationen über die
Transistor kann verwendet werden, um LEDs und sehr empfindliche Sensoren herzustellen, während
die meisten Computer haben Milliarden von Transistoren verschiedener Typen.
Obwohl Silizium heute der am häufigsten verwendete Transistor ist, ist Diamant, der
lassen sich einfacher in einer 3D-Matrix konfigurieren als Siliziumtransistoren,
kann in Zukunft verwendet werden.