Ημιαγωγοί
είναι μοναδικά υλικά: στερεά των οποίων η ηλεκτρική αγωγιμότητα μπορεί να είναι
άλλαξε σκόπιμα, συνήθως με δυναμικό (αναστρέψιμο) τρόπο. Αυτοί
χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συσκευών ημιαγωγών, που οδήγησαν στην Εποχή της Πληροφορίας
του τέλους του 20ου αιώνα. Σήμερα, αυτά τα υλικά είναι παντού και
συνεχίζουν να διεισδύουν περαιτέρω στην καθημερινή ζωή των περισσότερων ανθρώπων.
Συσκευές
κατασκευασμένα με ημιαγωγούς περιλαμβάνουν ενεργοποιητές και συστήματα ελέγχου στα αυτοκίνητα,
MP3 players, κινητά τηλέφωνα και υπολογιστές κάθε είδους. Αυτά τα υλικά
είναι αναμφισβήτητα μία από τις σημαντικότερες τεχνολογίες του 20ου αιώνα,
και συνεχίζουν να αποτελούν κεντρική πτυχή των ανεπτυγμένων οικονομιών. ο
Τα πιο συνηθισμένα είναι κατασκευασμένα από πυρίτιο, καθώς είναι σχετικά φθηνή η εξαγωγή
από άμμο. Η βιομηχανία ημιαγωγών πουλά αρκετές εκατοντάδες δισεκατομμύρια ΗΠΑ
Δολάρια προϊόντος ανά έτος.
Το σεμινάριο
Οι πρώτοι ημιαγωγοί ήταν μικροί ανιχνευτές σε ραδιόφωνα δημοφιλή γύρω από το
αρχές του 20ου αιώνα. Τα έλεγαν «μουστάκια της γάτας» και
το ημιαγώγιμο στοιχείο ήταν το θειούχο μόλυβδο. Κανείς εκείνη τη στιγμή πραγματικά
κατάλαβε πώς λειτουργούσαν. μόλις το έκαναν. Μόνο το 1939
Ο Richard Ohl, ένας εφευρέτης στα εργαστήρια Bell, ο οποίος ήταν επίσης ο πρώτος που κατοχύρωσε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας
ηλιακά κύτταρα, ανακάλυψαν ότι έχουν ορισμένοι κρύσταλλοι με μικρές ακαθαρσίες
αγωγιμότητα που ποικίλλει ανάλογα με την έκθεση στο φως. Η δουλειά του μεγάλωσε
μιας προσπάθειας εξεύρεσης πρακτικών ενισχυτών υψηλής συχνότητας για
εφαρμογές στο ραδιόφωνο.
Οκτώ
χρόνια αργότερα, το 1947, άλλοι επιστήμονες στα εργαστήρια Bell χρησιμοποίησαν την ημιαγωγιμότητα
υλικά για να δημιουργήσουν μια συσκευή σημείου επαφής την οποία ονόμασαν α
τρανζίστορ. Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν γερμάνιο. Όλη η συσκευή ήταν
περίπου μισό πόδι ψηλό, και απαιτούσε το στοιχείο να είναι εξαιρετικά
καθαρισμένο.
Το σεμινάριο
Η δομή που βρίσκεται κάτω από κάθε τρανζίστορ είναι η διασταύρωση pn. Εχει
δύο περιοχές: ap περιοχή και μια n περιοχή. Η περιοχή p είναι «ναρκωμένη».
μικρές ποσότητες βορίου, με αποτέλεσμα το υλικό να γεμίσει με
πολυάριθμες «οπές» ηλεκτρονίων, οι οποίες είναι η απουσία ηλεκτρονίων όπου
ηλεκτρόνια πρέπει να είναι. Αυτό συμβαίνει επειδή το βόριο έχει σθένος XNUMX,
που το αναγκάζει να απορροφά ασθενώς δεσμευμένα εξωτερικά ηλεκτρόνια από το
σθένος-τέσσερα άτομα ημιαγωγών, αφήνοντας κενά στη θέση του. Τότε
περιοχή είναι ντοπαρισμένη με ένα υλικό που έχει σθένος πέντε, προκαλώντας την
αντίστροφη επίδραση, όπου οι ακαθαρσίες δωρίζουν το επιπλέον ηλεκτρόνιό τους στο
υλικό, προκαλώντας αφθονία ηλεκτρονίων.
Αυτό το
η σχετική αφθονία και η απουσία ηλεκτρονίων αξιοποιείται στο
τρανζίστορ. Μια σειρά από δύο κόμβους pn αποτελεί την καρδιά του
συσκευή. Με το χειρισμό των συνδέσεων, η ροή φορτίου μπορεί να ρυθμιστεί
ακριβώς, επιτρέποντας πολύπλοκα ηλεκτρονικά. Παραλλαγές στο
τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή LED και πολύ ευαίσθητων αισθητήρων, ενώ
Οι περισσότεροι υπολογιστές έχουν δισεκατομμύρια τρανζίστορ πολλών διαφορετικών τύπων.
Αν και το πυρίτιο είναι το πιο κοινό τρανζίστορ σήμερα, το διαμάντι, το οποίο
μπορεί να διαμορφωθεί σε τρισδιάστατη μήτρα πιο εύκολα από τα τρανζίστορ πυριτίου,
μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον.