Hva er en halvleder?

En halvleder er et materiale som har visse unike egenskaper i måten det reagerer på elektrisk strøm. Det er et materiale som har mye lavere motstand mot strømmen av elektrisk strøm i en retning enn i en annen. Den elektriske ledningsevnen til en halvleder er mellom den for en god leder (som kobber) og den for en isolator (som gummi). Derfor navnet halvleder. En halvleder er også et materiale hvis elektriske ledningsevne kan endres (kalt doping) gjennom variasjoner i temperatur, påførte felt eller tilsetning av urenheter.

Mens en halvleder ikke er en oppfinnelse og ingen oppfant halvlederen, er det mange oppfinnelser som er halvlederenheter. Oppdagelsen av halvledermaterialer tillot enorme og viktige fremskritt innen elektronikkfeltet. Vi trengte halvledere for miniaturisering av datamaskiner og datamaskindeler. Vi trengte halvledere for produksjon av elektroniske deler som dioder, transistorer og mange fotovoltaiske celler.

Halvledermaterialer inkluderer elementene silisium og germanium, og forbindelsene galliumarsenid, blysulfid eller indiumfosfid. Det er mange andre halvledere. Selv visse plaststoffer kan være halvledende, noe som gjør det mulig for lysdioder (LED) av plast som er fleksible og kan støpes til hvilken som helst ønsket form.

I følge Dr. Ken Mellendorf kl Newtons Ask a Scientist:

'Doping' er en prosedyre som gjør halvledere som silisium og germanium klare til bruk i dioder og transistorer. Halvledere i deres udopede form er faktisk elektriske isolatorer som ikke isolerer veldig godt. De danner et krystallmønster der hvert elektron har et bestemt sted. De fleste halvledermaterialer har fire valenselektroner, fire elektroner i det ytre skallet. Ved å sette en eller to prosent av atomer med fem valenselektroner som arsen i en fire-valens elektron halvleder som silisium, skjer noe interessant. Det er ikke nok arsenatomer til å påvirke den totale krystallstrukturen. Fire av de fem elektronene brukes i samme mønster som for silisium. Det femte atomet passer ikke godt i strukturen. Den foretrekker fortsatt å henge nær arsenatomet, men det holdes ikke tett. Det er veldig enkelt å slå den løs og sende den på vei gjennom materialet. En dopet halvleder er mye mer som en leder enn en udoped halvleder. Du kan også dope en halvleder med et treelektronatom som aluminium. Aluminiumet passer inn i krystallstrukturen, men nå mangler strukturen et elektron. Dette kalles et hull. Å få et nærliggende elektron til å bevege seg inn i hullet er liksom å gjøre at hullet beveger seg. Å sette en elektronisk dopet halvleder (n-type) med en hull-dopet halvleder (p-type) skaper en diode. Andre kombinasjoner lager enheter som transistorer.

Begrepet “halvledelse” ble brukt for første gang av Alessandro Volta i 1782.

Michael Faraday var den første personen som observerte en halvledereffekt i 1833. Faraday observerte at den elektriske motstanden til sølvsulfid avtok med temperaturen. I 1874 oppdaget og dokumenterte Karl Braun den første halvlederdiodeeffekten. Braun observerte at strøm flyter fritt i bare en retning ved kontakten mellom et metallpunkt og en galenakrystall.

I 1901 ble den aller første halvlederenheten, kalt "kattehår," patentert. Enheten ble oppfunnet av Jagadis Chandra Bose. Cat whiskers var en punktkontakt halvleder likeretter som ble brukt til å oppdage radiobølger.

En transistor er en enhet sammensatt av halvledermateriale. John Bardeen, Walter Brattain og William Shockley oppfant alle sammen transistor i 1947 på Bell Labs.

• Argonne National Laboratory. "NEWTON - Spør en forsker." Internettarkiv, 27. februar 2015.