Puolijohteet
ovat ainutlaatuisia materiaaleja: kiinteitä aineita, joiden sähkönjohtavuus voi olla
tietoisesti, yleensä dynaamisella (palautuvalla) tavalla. Ne
käytetään puolijohdelaitteiden valmistukseen, mikä johti tietokauteen
20 -luvun lopulta. Nykyään näitä materiaaleja on kaikkialla ja
tunkeutua edelleen useimpien ihmisten jokapäiväiseen elämään.
Laitteet
puolijohteista valmistettuja ovat toimilaitteet ja ohjausjärjestelmät autoissa,
MP3 -soittimet, matkapuhelimet ja kaikenlaiset tietokoneet. Nämä materiaalit
ovat epäilemättä yksi 20 -luvun tärkeimmistä tekniikoista,
ja ne ovat edelleen kehittyneiden talouksien keskeinen osa. The
Yleisimmät ovat piitä, koska sen uutto on suhteellisen halpaa
hiekasta. Puolijohdeteollisuus myy useita satoja miljardeja Yhdysvaltoja
Tuotteen dollaria vuodessa.
–
ensimmäiset puolijohteet olivat pieniä ilmaisimia radioissa, jotka olivat suosittuja ympäri maailmaa
20 -luvun alussa. Niitä kutsuttiin “kissan viiksiksi” ja
puolijohtava elementti oli lyijysulfidi. Ei oikeastaan kukaan silloin
ymmärsivät, miten he toimivat; he vain tekivät. Vasta vuonna 1939
Richard Ohl, Bell Labsin keksijä, joka oli myös ensimmäinen patentoija
aurinkokennot, huomasivat, että tietyissä pieniä epäpuhtauksia sisältävissä kiteissä on
johtavuus, joka vaihtelee valolle altistumisen mukaan. Hänen työnsä kasvoi
pyrkimys löytää käytännöllisiä korkeataajuisia vahvistimia
sovelluksia radiossa.
Kahdeksan
vuotta myöhemmin, vuonna 1947, muut Bell Labsin tutkijat käyttivät puolijohdetta
materiaaleja pistekosketuslaitteen luomiseksi, jota he kutsuivat a
transistori. Materiaalina käytettiin germaniumia. Koko laite oli
noin puoli metriä korkea ja edellytti, että elementti on äärimmäisen
puhdistettu.
–
transistorin taustalla oleva rakenne on pn -liitos. Sillä on
kaksi aluetta: ap -alue ja n -alue. P -alue on “seostettu” -merkillä
pieniä määriä booria, jolloin materiaali täyttyy
lukuisia elektronien “reikiä”, jotka ovat elektronien puuttumista missä
elektronien pitäisi olla. Tämä johtuu siitä, että boorin valenssi on kolme,
mikä saa sen absorboimaan heikosti sitoutuneita ulkoisia elektroneja
valenssia-neljä puolijohdeatomia, jättäen tyhjät paikat. N
alue on seostettu materiaalilla, jonka valenssi on viisi, aiheuttaen
käänteinen vaikutus, jossa epäpuhtaudet lahjoittavat ylimääräisen elektroninsa
materiaalista aiheuttaen runsaasti elektroneja.
Tämä
suhteellinen runsaus ja puute elektroneja hyödynnetään
transistori. Kahden pn -liitoksen sarja muodostaa
laite. Risteyksiä manipuloimalla varausvirtausta voidaan säätää
tarkasti, mikä mahdollistaa monimutkaisen elektroniikan. Muunnelmia
transistoria voidaan käyttää LEDien ja erittäin herkkien antureiden valmistamiseen
useimmissa tietokoneissa on miljardeja eri tyyppisiä transistoreita.
Vaikka pii on nykyään yleisin transistori, timantti, joka
voidaan konfiguroida 3D -matriisiin helpommin kuin pii -transistorit,
voidaan käyttää tulevaisuudessa.