Halvledare

En halvledare är ett material som i vissa fall leder elektricitet men inte i andra. Goda elektriska ledare, som koppar eller silver, låter lätt elektricitet strömma genom dem. Material som blockerar flödet av elektricitet, som gummi eller plast, kallas isolatorer. Isolatorer används ofta för att skydda människor från elektriska stötar. Som namnet antyder leder en halvledare inte lika bra som en ledare. Kisel är den mest använda halvledaren, men galliumarsenid används också.

Genom att lägga till olika atomer i halvledarens kristallgitter (rutnät) ändras ledningsförmågan genom att skapa n-typ och p-typ halvledare. Kisel är den viktigaste kommersiella halvledaren, även om många andra används. De kan göras till transistorer, som är små förstärkare. Transistorer används i datorer, mobiltelefoner, digitala ljudspelare och många andra elektroniska apparater.

Liksom andra fasta ämnen kan elektronerna i halvledare bara ha energi inom vissa band (dvs. energinivåer) mellan energin i grundtillståndet, som motsvarar elektroner som är fast bundna till materialets atomkärnor, och den fria elektronens energi, som är den energi som krävs för att en elektron ska kunna fly helt och hållet från materialet.

Halvledarbaserade elektroniska komponenter

Historia

Halvledare studerades i laboratorier redan på 1830-talet. År 1833 experimenterade Michael Faraday med silversulfid. Han upptäckte att när materialet värmdes upp ledde det elektricitet bättre. Detta var motsatsen till hur koppar fungerade. När koppar värms upp leder det mindre elektricitet. Ett antal andra tidiga experimentatorer upptäckte andra egenskaper hos halvledare. År 1947 uppfanns transistorn vid Bell Labs i New Jersey. Detta ledde till utvecklingen av integrerade kretsar, som driver nästan alla elektroniska apparater idag.

Halvledardopning

Dopning

Dopning är processen där man lägger till en liten förorening i en ren halvledare för att ändra dess elektriska egenskaper. Halvledare som är lätt och måttligt dopade kallas extrinsiska. En halvledare som är så starkt dopad att den fungerar mer som en ledare än som en halvledare kallas för degenererad. De flesta halvledare tillverkas av kiselkristaller. Rent kisel har liten användning men dopat kisel är grunden för de flesta halvledare. Silicon Valley fick sitt namn efter det stora antalet nystartade halvledarföretag som fanns där.

Halvledare idag

Idag används halvledare överallt. Halvledare finns i nästan alla elektroniska apparater. Skrivbordsdatorer, Internet, surfplattor och smarttelefoner skulle alla inte vara möjliga utan halvledare. Halvledare kan göras till mycket exakta brytare med en liten mängd spänning. Den spänning som halvledaren inte behöver kan skickas till andra elektriska komponenter i enheten. Halvledare kan också göras mycket små och många av dem kan rymmas i en ganska liten krets. Eftersom de kan göras så små kan elektriska apparater idag göras tunna och lätta utan att kompromissa med processorkraften. Några av de dominerande företagen inom halvledarbranschen är Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm och Micron Technology.

Relaterade sidor

Frågor och svar

F: Vad är en halvledare?

S: En halvledare är ett material som i vissa fall leder elektricitet men inte i andra fall. Det leder inte lika bra som bra elektriska ledare som koppar eller silver, och det blockerar inte flödet av elektricitet som isolatorer som gummi eller plast.

F: Vad är halvledare av n-typ och p-typ?

S: Halvledare av n-typ och p-typ skapas genom att man lägger till olika atomer i halvledarens kristallgitter, vilket förändrar dess ledningsförmåga.

F: Vad används kisel till?

S: Kisel är den viktigaste kommersiella halvledaren och kan tillverkas till transistorer, som är små förstärkare som används i datorer, mobiltelefoner, digitala ljudspelare och många andra elektroniska apparater.

F: Vilka andra material används som halvledare?

S: Förutom kisel används även galliumarsenid som halvledare.

F: Hur beter sig elektroner i ett fast material?

Svar: Elektronerna i fasta material kan endast ha energier inom vissa band (dvs. intervall av energinivåer) mellan energin i grundtillståndet, som motsvarar elektroner som är tätt bundna till materialets atomkärnor, och den fria elektronens energi, som är den energi som krävs för att en elektron ska kunna fly helt och hållet från materialet.

F: Varför används isolatorer ofta för att skydda människor från elektriska stötar?

S: Isolatorer blockerar flödet av elektricitet, så de kan användas för att skydda människor från elektriska stötar genom att förhindra att en elektrisk ström passerar genom dem.

F: Hur fungerar transistorer?

S: Transistorer fungerar som små förstärkare som tar emot en ingångssignal och förstärker den innan de matar ut den på en högre nivå än den som ursprungligen matades in.