Semi-conducteurs
sont des matériaux uniques : des solides dont la conductivité électrique peut être
changé délibérément, généralement de manière dynamique (réversible). Ils
sont utilisés pour fabriquer des dispositifs à semi-conducteurs, ce qui a conduit à l’ère de l’information
de la fin du 20e siècle. Aujourd’hui, ces matériaux sont partout et
continuer à pénétrer davantage dans la vie quotidienne de la plupart des gens.
Appareils
fabriqués avec des semi-conducteurs comprennent des actionneurs et des systèmes de contrôle dans les voitures,
Lecteurs MP3, téléphones portables et ordinateurs de toutes sortes. Ces matériaux
sont sans doute l’une des technologies les plus importantes du 20e siècle,
et ils continuent d’être un aspect central des économies développées. Le
les plus courants sont en silicium, car il est relativement peu coûteux à extraire
du sable. L’industrie des semi-conducteurs vend plusieurs centaines de milliards d’US
Dollars de produit par an.
au jugement,
premiers semi-conducteurs étaient de petits détecteurs sur les radios populaires autour du
début du 20e siècle. On les appelait « moustaches de chat » et
l’élément semi-conducteur était du sulfure de plomb. Personne à l’époque vraiment
compris comment ils fonctionnaient ; ils viennent de le faire. Ce n’est qu’en 1939 que
Richard Ohl, un inventeur des Bell Labs qui a également été le premier à breveter
cellules solaires, a découvert que certains cristaux avec de petites impuretés ont
conductivité qui varie en fonction de l’exposition à la lumière. Son travail s’est développé
d’un effort pour trouver des amplificateurs à haute fréquence pratiques pour
applications en radio.
Huit
ans plus tard, en 1947, d’autres scientifiques des Bell Labs ont utilisé des semi-conducteurs
matériaux pour créer un dispositif de point de contact qu’ils ont appelé un
transistor. Le matériau utilisé était le germanium. L’ensemble de l’appareil était
environ un demi-pied de haut, et exigeait que l’élément soit extrêmement
purifié.
au jugement,
structure qui sous-tend tout transistor est la jonction pn. Il a
deux régions : une région ap et une région n. La région p est « dopée » avec
de petites quantités de bore, provoquant le remplissage du matériau avec
de nombreux « trous » d’électrons, qui sont une absence d’électrons où
les électrons devraient l’être. Cela se produit parce que le bore a une valence de trois,
ce qui l’amène à absorber les électrons externes faiblement liés de la
valence-quatre atomes semi-conducteurs, laissant des vides à sa place. Puis
région est dopée avec un matériau qui a une valence de cinq, provoquant la
effet inverse, où les impuretés donnent leur électron supplémentaire au
matériau, provoquant une abondance d’électrons.
This
l’abondance relative et l’absence d’électrons sont exploitées dans le
transistor. Une série de deux jonctions pn constitue le cœur du
dispositif. En manipulant les jonctions, le flux de charge peut être régulé
précisément, permettant une électronique complexe. Variantes sur le
transistor peut être utilisé pour faire des LED et des capteurs très délicats, tandis que
la plupart des ordinateurs ont des milliards de transistors de plusieurs types différents.
Bien que le silicium soit le transistor le plus courant aujourd’hui, le diamant, qui
peut être configuré dans une matrice 3D plus facilement que les transistors au silicium,
pourra être utilisé à l’avenir.