Félvezető

A félvezető olyan anyag, amely bizonyos esetekben vezeti az elektromosságot, de más esetekben nem. A jó elektromos vezetők, mint a réz vagy az ezüst, könnyen átengedik az elektromosságot. Az elektromosság áramlását gátló anyagokat, mint például a gumi vagy a műanyag, szigetelőknek nevezzük. A szigetelőket gyakran használják arra, hogy megvédjék az embereket az áramütéstől. Ahogy a neve is mutatja, a félvezető nem vezet olyan jól, mint a vezető. A szilícium a leggyakrabban használt félvezető, de használják a galliumarzenidet is.

A félvezető kristályrácsába (rácsába) különböző atomok hozzáadásával megváltoztatja annak vezetőképességét, n-típusú és p-típusú félvezetőket hozva létre. A szilícium a legfontosabb kereskedelmi félvezető, bár sok más félvezetőt is használnak. Ezekből tranzisztorokat lehet készíteni, amelyek kis erősítők. A tranzisztorokat számítógépekben, mobiltelefonokban, digitális hanglejátszókban és sok más elektronikus eszközben használják.

Más szilárd anyagokhoz hasonlóan a félvezetők elektronjainak energiája csak bizonyos sávokon (azaz energiaszint-tartományokon) belül lehet az alapállapot energiája - amely az anyag atommagjaihoz szorosan kötött elektronoknak felel meg - és a szabad elektron energiája között, amely az elektron teljes kilépéséhez szükséges energia.

Félvezető alapú elektronikus alkatrészek

Történelem

A félvezetőket már az 1830-as években laboratóriumokban tanulmányozták. Michael Faraday 1833-ban ezüstszulfiddal kísérletezett. Felfedezte, hogy az anyagot melegítve jobban vezeti az elektromosságot. Ez éppen az ellenkezője volt annak, ahogyan a réz viselkedett. Amikor a rezet melegítik, kevésbé vezeti az elektromosságot. Számos más korai kísérletező is felfedezte a félvezetők egyéb tulajdonságait. 1947-ben a New Jersey-i Bell Labs-ben feltalálták a tranzisztort. Ez vezetett az integrált áramkörök kifejlesztéséhez, amelyek ma szinte minden elektronikus eszközt működtetnek.

Félvezető-dopping

Dopping

A dózerolás az a folyamat, amikor egy tiszta félvezetőhöz egy kis szennyeződést adnak hozzá, hogy megváltoztassák annak elektromos tulajdonságait. Az enyhén és mérsékelten adalékolt félvezetőket extrinsicnek nevezik. Az olyan nagymértékben adalékolt félvezetőt, amely inkább vezetőként, mint félvezetőként viselkedik, degeneráltnak nevezzük. A legtöbb félvezető szilíciumkristályokból készül. A tiszta szilíciumnak kevés haszna van, de az adalékolt szilícium a legtöbb félvezető alapja. A Szilícium-völgy a nevét az ott található nagyszámú félvezetőgyártó startup cégről kapta.

Félvezetők ma

Napjainkban a félvezetőket széles körben használják. A félvezetők szinte minden elektronikus eszközben megtalálhatók. Az asztali számítógépek, az internet, a táblagépek, az okostelefonok mind-mind nem lennének lehetségesek félvezetők nélkül. A félvezetőkből kis feszültséggel nagyon pontos kapcsolók készíthetők. Az a feszültség, amelyre a félvezetőnek nincs szüksége, az eszközben lévő más elektromos alkatrészekhez küldhető. A félvezetők nagyon apróvá is tehetők, és sokuk egy meglehetősen kis áramkörbe is belefér. Mivel ilyen kicsire lehet őket készíteni, az elektromos eszközök ma már vékonyak és könnyűek lehetnek anélkül, hogy a feldolgozási teljesítmény rovására mennének. A félvezető-üzletágban meghatározó vállalatok közé tartozik az Intel Corporation, a Samsung Electronics, a TSMC, a Qualcomm és a Micron Technology.

Kapcsolódó oldalak

Kérdések és válaszok

K: Mi az a félvezető?

A: A félvezető olyan anyag, amely bizonyos esetekben vezeti az elektromosságot, más esetekben viszont nem. Nem vezet olyan jól, mint az olyan jó elektromos vezetők, mint a réz vagy az ezüst, és nem gátolja az áram áramlást, mint az olyan szigetelők, mint a gumi vagy a műanyag.

K: Mik azok az n-típusú és p-típusú félvezetők?

V: Az n-típusú és p-típusú félvezetőket úgy hozzák létre, hogy a félvezető kristályrácsába (rácsába) különböző atomokat adnak, ami megváltoztatja a vezetőképességét.

K: Mire használják a szilíciumot?

V: A szilícium a legfontosabb kereskedelmi félvezető, amelyből tranzisztorokat, azaz kis erősítőket lehet készíteni, amelyeket számítógépekben, mobiltelefonokban, digitális hanglejátszókban és sok más elektronikus eszközben használnak.

K: Milyen más anyagokat használnak még félvezetőként?

V: A szilícium mellett a gallium-arzenidet is használják félvezetőként.

K: Hogyan viselkednek az elektronok egy szilárd anyagban?

V: A szilárd anyagokban az elektronok energiája csak bizonyos sávokon (azaz energiaszint-tartományokon) belül lehet az alapállapot energiája - amely az anyag atommagjaihoz szorosan kötött elektronoknak felel meg - és a szabad elektron energiája között, amely az elektron teljes kilépéséhez szükséges energia.

K: Miért használnak gyakran szigetelőanyagokat az emberek áramütés elleni védelmére?

V: A szigetelők blokkolják az áram áramlását, ezért az áramütés elleni védelemre használhatók azáltal, hogy megakadályozzák, hogy az elektromos áram áthaladjon rajtuk.

K: Hogyan működnek a tranzisztorok?

V: A tranzisztorok kis erősítőként működnek, amelyek egy bemeneti jelet vesznek fel, és felerősítik azt, mielőtt magasabb szinten adják ki, mint amit eredetileg bevittek.