Was ist ein Halbleiter?

Ein Halbleiter ist ein Material, das bestimmte einzigartige Eigenschaften in Bezug auf die Reaktion auf elektrischen Strom aufweist. Es ist ein Material, das dem elektrischen Stromfluss in einer Richtung einen viel geringeren Widerstand entgegensetzt als in einer anderen. Die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleiters liegt zwischen der eines guten Leiters (wie Kupfer) und der eines Isolators (wie Gummi). Daher der Name Halbleiter. Ein Halbleiter ist auch ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit durch Schwankungen der Temperatur, angelegte Felder oder Hinzufügen von Verunreinigungen verändert werden kann (Dotierung genannt).

Während ein Halbleiter keine Erfindung ist und niemand den Halbleiter erfunden hat, gibt es viele Erfindungen, bei denen es sich um Halbleiterbauelemente handelt. Die Entdeckung von Halbleitermaterialien ermöglichte enorme und wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Elektronik. Wir brauchten Halbleiter für die Miniaturisierung von Computern und Computerteilen. Wir brauchten Halbleiter für die Herstellung von elektronischen Bauteilen wie Dioden, Transistoren und vielen Photovoltaikzellen.

Zu den Halbleitermaterialien gehören die Elemente Silizium und Germanium sowie die Verbindungen Galliumarsenid, Bleisulfid oder Indiumphosphid. Es gibt viele andere Halbleiter - sogar bestimmte Kunststoffe können halbleitend hergestellt werden, wodurch lichtemittierende Kunststoffdioden (LEDs) entstehen, die flexibel sind und in jede gewünschte Form gebracht werden können.

Was ist Elektronendoping??

Laut Dr. Ken Mellendorf von Newton's Ask a Scientist ist "Doping" ein Verfahren, mit dem Halbleiter wie Silizium und Germanium für den Einsatz in Dioden und Transistoren vorbereitet werden. Halbleiter in ihrer undotierten Form sind eigentlich elektrische Isolatoren, die nicht sehr gut isolieren. Sie bilden ein Kristallmuster, in dem jedes Elektron einen bestimmten Platz hat. Die meisten Halbleitermaterialien haben vier Valenzelektronen, vier Elektronen in der Außenhülle. Wenn man ein oder zwei Prozent der Atome mit fünf Valenzelektronen wie Arsen in einen Viervalenzelektronenhalbleiter wie Silizium einfügt, passiert etwas Interessantes. Es gibt nicht genügend Arsenatome, um die gesamte Kristallstruktur zu beeinflussen. Vier der fünf Elektronen werden im gleichen Muster wie für Silizium verwendet. Das fünfte Atom passt nicht gut in die Struktur. Es zieht es immer noch vor, in der Nähe des Arsenatoms zu hängen, aber es wird nicht festgehalten. Es ist sehr einfach, ihn loszuschlagen und auf den Weg durch das Material zu schicken. Ein dotierter Halbleiter ähnelt eher einem Leiter als einem undotierten Halbleiter. Sie können einen Halbleiter auch mit einem Drei-Elektronen-Atom wie Aluminium dotieren. Das Aluminium passt in die Kristallstruktur, aber jetzt fehlt der Struktur ein Elektron. Dies nennt man ein Loch. Ein benachbartes Elektron in das Loch zu bewegen, ist so ähnlich, als würde man das Loch bewegen. Das Einbringen eines elektronendotierten Halbleiters (n-Typ) in einen lochdotierten Halbleiter (p-Typ) erzeugt eine Diode. Andere Kombinationen erzeugen Vorrichtungen wie Transistoren.

Geschichte der Halbleiter

Der Begriff „Halbleiter“ wurde erstmals 1782 von Alessandro Volta verwendet.

Michael Faraday war der erste, der 1833 einen Halbleitereffekt beobachtete. Faraday beobachtete, dass der elektrische Widerstand von Silbersulfid mit der Temperatur abnahm. 1874 entdeckte und dokumentierte Karl Braun den ersten Halbleiterdiodeneffekt. Braun beobachtete, dass der Strom beim Kontakt zwischen einem Metallpunkt und einem Bleikristall nur in einer Richtung frei fließt.

Im Jahr 1901 wurde das erste Halbleiterbauelement mit dem Namen "Cat Whisker" patentiert. Das Gerät wurde von Jagadis Chandra Bose erfunden. Cat Whiskers war ein Halbleitergleichrichter mit Punktkontakt, der zur Detektion von Radiowellen verwendet wurde.

Ein Transistor ist ein Bauelement aus Halbleitermaterial. John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley haben den Transistor 1947 gemeinsam bei Bell Labs erfunden.