Polprevodnik

Polprevodnik je material, ki v nekaterih primerih prevaja elektriko, v drugih pa ne. Dobri električni prevodniki, kot sta baker ali srebro, zlahka prepuščajo električni tok. Materiali, ki preprečujejo pretok elektrike, kot sta guma ali plastika, se imenujejo izolatorji. Izolatorji se pogosto uporabljajo za zaščito ljudi pred električnim udarom. Kot pove že ime, polprevodnik ne prevaja tako dobro kot prevodnik. Najpogosteje uporabljen polprevodnik je silicij, uporablja pa se tudi galijev arzenid.

Z dodajanjem različnih atomov v kristalno mrežo (mrežo) polprevodnika se spremeni njegova prevodnost, tako da nastane polprevodnik n-tipa in polprevodnik p-tipa. Silicij je najpomembnejši komercialni polprevodnik, čeprav se uporabljajo tudi številni drugi. Iz njih je mogoče izdelati tranzistorje, ki so majhni ojačevalniki. Tranzistorji se uporabljajo v računalnikih, mobilnih telefonih, digitalnih avdio predvajalnikih in številnih drugih elektronskih napravah.

Tako kot v drugih trdnih snoveh imajo lahko elektroni v polprevodnikih energije le v določenih pasovih (tj. območjih energijskih nivojev) med energijo osnovnega stanja, ki ustreza elektronom, tesno vezanim na atomska jedra snovi, in energijo prostega elektrona, ki je energija, potrebna, da elektron v celoti uide iz snovi.

Elektronske komponente na osnovi polprevodnikov

Zgodovina

Polprevodnike so v laboratorijih preučevali že v tridesetih letih 19. stoletja. Leta 1833 je Michael Faraday eksperimentiral s srebrovim sulfidom. Ugotovil je, da snov pri segrevanju bolje prevaja elektriko. To je bilo nasprotno od bakrovega delovanja. Ko se baker segreva, prevaja manj elektrike. Številni drugi zgodnji eksperimentatorji so odkrili druge lastnosti polprevodnikov. Leta 1947 so v Bellovih laboratorijih v New Jerseyju izumili tranzistor. To je privedlo do razvoja integriranih vezij, ki danes poganjajo skoraj vse elektronske naprave.

Dopiranje polprevodnikov

Doping

Dopiranje je postopek dodajanja majhnih primesi čistemu polprevodniku, da se spremenijo njegove električne lastnosti. Rahlo in zmerno dopirani polprevodniki se imenujejo ekstrinzični. Polprevodnik, ki je dopiran tako močno, da deluje bolj kot prevodnik kot polprevodnik, se imenuje degeneriran. Večina polprevodnikov je narejena iz kristalov silicija. Čisti silicij je malo uporaben, vendar je dopirani silicij osnova za večino polprevodnikov. Silicijeva dolina je dobila ime zaradi velikega števila zagonskih polprevodniških podjetij, ki so se nahajala tam.

Polprevodniki danes

Danes se polprevodniki uporabljajo na številnih področjih. Polprevodnike najdemo v skoraj vsaki elektronski napravi. Namiznih računalnikov, interneta, tabličnih računalnikov in pametnih telefonov brez polprevodnikov ne bi bilo. Iz polprevodnikov lahko z majhno napetostjo naredimo zelo natančna stikala. Napetost, ki je polprevodnik ne potrebuje, se lahko pošlje drugim električnim komponentam v napravi. Polprevodnike je mogoče izdelati tudi zelo majhne in veliko jih je mogoče umestiti v precej majhno vezje. Ker jih je mogoče narediti tako majhne, so lahko današnje električne naprave tanke in lahke, ne da bi pri tem ogrozili procesno moč. Nekatera prevladujoča podjetja na področju polprevodnikov so Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm in Micron Technology.

Sorodne strani

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je polprevodnik?

O: Polprevodnik je snov, ki v nekaterih primerih prevaja elektriko, v drugih pa ne. Ne prevaja tako dobro kot dobri električni prevodniki, kot sta baker ali srebro, in ne preprečuje pretoka elektrike kot izolatorji, kot sta guma ali plastika.

V: Kaj sta polprevodnika tipa n in p?

O: Polprevodniki tipa n in p nastanejo z dodajanjem različnih atomov v kristalno mrežo (mrežo) polprevodnika, kar spremeni njegovo prevodnost.

V: Za kaj se uporablja silicij?

O: Silicij je najpomembnejši komercialni polprevodnik, iz katerega je mogoče izdelati tranzistorje, majhne ojačevalnike, ki se uporabljajo v računalnikih, mobilnih telefonih, digitalnih avdio predvajalnikih in številnih drugih elektronskih napravah.

V: Kateri drugi materiali se uporabljajo kot polprevodniki?

O: Poleg silicija se kot polprevodnik uporablja tudi galijev arzenid.

V: Kako se elektroni obnašajo v trdnem materialu?

O: Elektroni v trdnih snoveh imajo lahko energije le v določenih pasovih (tj. območjih energijskih nivojev) med energijo osnovnega stanja, ki ustreza elektronom, tesno vezanim na atomska jedra snovi, in energijo prostega elektrona, ki je energija, potrebna, da elektron v celoti pobegne iz snovi.

V: Zakaj se izolatorji pogosto uporabljajo za zaščito ljudi pred električnim udarom?

O: Izolatorji blokirajo pretok električne energije, zato se lahko uporabljajo za zaščito ljudi pred električnim udarom, saj preprečujejo prehod električnega toka skozi njih.

V: Kako delujejo tranzistorji?

O: Tranzistorji delujejo kot majhni ojačevalniki, ki sprejmejo vhodni signal in ga ojačajo, preden ga oddajo na višji ravni, kot je bil prvotno vnesen.