Wat is een halfgeleider?

Een halfgeleider is een materiaal dat bepaalde unieke eigenschappen heeft in de manier waarop het op elektrische stroom reageert. Het is een materiaal dat een veel lagere weerstand heeft tegen de stroom van elektrische stroom in de ene richting dan in de andere. De elektrische geleidbaarheid van een halfgeleider ligt tussen die van een goede geleider (zoals koper) en die van een isolator (zoals rubber). Vandaar de naam halfgeleider. Een halfgeleider is ook een materiaal waarvan de elektrische geleidbaarheid kan worden gewijzigd (doping genoemd) door temperatuurschommelingen, aangebrachte velden of het toevoegen van onzuiverheden.

Hoewel een halfgeleider geen uitvinding is en niemand de halfgeleider heeft uitgevonden, zijn er veel uitvindingen die halfgeleiderinrichtingen zijn. De ontdekking van halfgeleidermaterialen zorgde voor enorme en belangrijke vorderingen op het gebied van elektronica. We hadden halfgeleiders nodig voor de miniaturisatie van computers en computeronderdelen. We hadden halfgeleiders nodig voor de productie van elektronische onderdelen zoals diodes, transistoren en veel fotovoltaïsche cellen.

Halfgeleidermaterialen omvatten de elementen silicium en germanium en de verbindingen galliumarsenide, loodsulfide of indiumfosfide. Er zijn veel andere halfgeleiders - zelfs bepaalde kunststoffen kunnen halfgeleidend worden gemaakt, waardoor plastic light-emitting diodes (LED's) flexibel zijn en in elke gewenste vorm kunnen worden gegoten.

Wat is elektronendoping?

Volgens Dr. Ken Mellendorf van Newton's Ask a Scientist: "Doping" is een procedure die halfgeleiders zoals silicium en germanium gereed maakt voor gebruik in diodes en transistoren. Halfgeleiders in hun ongedoteerde vorm zijn eigenlijk elektrische isolatoren die niet erg goed isoleren. Ze vormen een kristalpatroon waarbij elk elektron een bepaalde plaats heeft. De meeste halfgeleidermaterialen hebben vier valentie-elektronen, vier elektronen in de buitenste schil. Door een of twee procent van de atomen met vijf valentie-elektronen zoals arseen erin te stoppen met een viervalentie-elektronenhalfgeleider zoals silicium, gebeurt er iets interessants. Er zijn niet genoeg arseenatomen om de totale kristalstructuur te beïnvloeden. Vier van de vijf elektronen worden in hetzelfde patroon gebruikt als voor silicium. Het vijfde atoom past niet goed in de structuur. Hij blijft het liefst bij het arseenatoom hangen, maar wordt niet stevig vastgehouden. Het is heel gemakkelijk om het los te slaan en op zijn weg door het materiaal te sturen. Een gedoteerde halfgeleider lijkt veel meer op een geleider dan op een ongedoteerde halfgeleider. Je kunt ook een halfgeleider dopen met een drie-elektronenatoom zoals aluminium. Het aluminium past in de kristalstructuur, maar nu mist de structuur een elektron. Dit wordt een gat genoemd. Een naburig elektron in het gat laten bewegen is een beetje zoals het gat laten bewegen. Het plaatsen van een met elektronen gedoteerde halfgeleider (n-type) met een gat-gedoteerde halfgeleider (p-type) creëert een diode. Andere combinaties maken apparaten zoals transistors.

Geschiedenis van halfgeleiders

De term "halfgeleiders" werd voor het eerst gebruikt door Alessandro Volta in 1782.

Michael Faraday was de eerste persoon die in 1833 een halfgeleidereffect waarnam. Faraday merkte op dat de elektrische weerstand van zilversulfide afnam met de temperatuur. In 1874 ontdekte en documenteerde Karl Braun het eerste halfgeleiderdiode-effect. Braun merkte op dat stroom vrij in slechts één richting stroomt bij het contact tussen een metaalpunt en een galenakristal.

In 1901 werd het allereerste halfgeleiderapparaat, "cat whiskers" genoemd, gepatenteerd. Het apparaat is uitgevonden door Jagadis Chandra Bose. Cat snorharen was een puntcontact halfgeleidergelijkrichter die werd gebruikt voor het detecteren van radiogolven.

Een transistor is een apparaat bestaande uit halfgeleidermateriaal. John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley vonden allemaal de transistor in 1947 uit bij Bell Labs.