Hva er elektroniske halvledere?

Elektroniske halvledere er enheter som utnytter de spesielle egenskaper av halvledende elementer slik som silisium og germanium. Det første halvleder var en diode fremstilt av en germanium krystall og ble brukt i radiomottakere. Etter andre verdenskrig ble transistor utviklet av John Bardeen, Walter Houser Brattain og William Bradford Shockley ved Bell Labs i 1947. I 1956 ble de tildelt Nobelprisen i fysikk for sin oppfinnelse.

Gjennomføring av elektrisitet

Elektrisitet er flyten av elektroner. Sanne metaller som kobber lede strøm fordi deres elektroner kan enkelt flytte fra ett atom til den neste. Halvledere har ikke denne egenskapen. I stedet bindinger mellom atomene er sterke nok til å holde på sine elektroner og holde dem fra å bevege seg gjennom materialet.

Elektroner introdusert inn i krystallstrukturen kan bevege seg gjennom det hvis nok kraft - spenning - er bak elektronstrømmen. Spenningen gir elektronene i halvledermaterialet nok energi til å forlate forståelse av deres atomer og bevege seg gjennom krystallen.

P og N Material

En elektronisk halvleder bruker to typer materiale som kalles positive og negative, referert til som P og N. Fremstilling starter med en ren krystall av halvledermateriale slik som silisium. Andre elementer er innført for å endre den halvledermaterialet i en prosess som kalles doping.

Produsenter dope del av halvleder med en substans, slik at den har en positiv ladning og lett aksepterer elektroner inn i sin struktur. Negative materiale er dopet for å ha en negativ ladning som avviser elektroner. Det punkt hvor de to materialene møtes kalles PN-krysset. PN veikryss er hjertet av alle elektroniske halvleder-enhet.

Hvordan det fungerer

Når en elektrisk strøm tilføres til P materiale, elektroner bygge opp i halvleder P-materiale. N materialet motstår elektroner fordi den allerede har en negativ ladning. Når spenningen har nådd et minimumsnivå - omtrent 0,7 volt for silisium - det overvinner motstanden av N-materiale slik at elektroner strømmer gjennom det. Dette er den grunnleggende drift av en diode - en elektronisk halvleder som bare tillater strøm å flyte i én retning.

Transistorer er laget med tre regioner av P og N materiale anordnet i vekslende lag. En NPN-transistor har to negative lag med en positiv lag klemt mellom dem. En PNP transistor er motsatt. Påfør en strøm til den midterste laget - kalt base - og du slår transistoren på. Dette gjør det mulig for strøm å flyte fra inngangslaget - samleren - til utgangslaget - emitter. På denne måte en transistor virker som en bryter. Men hvis basisspenningen er høy nok, legges til kollektorspenningen og forsterker den.

Semiconductor Evolution

Elektroniske halvledere startet som enkeltheter i små pakker. De begynte å erstatte vakuum-rør og senere funnet veien inn i datamaskiner, radioer og TV. Senere ble det vanlig praksis å sette en rekke enheter i én pakke, eller chip. Antallet enheter pakket på en enkelt platen på halvledere vokste fra en eller to i 1950 til mer enn 560 millioner på en Intel Core-prosessor chip, og teknologien er fremdeles under utvikling.

Halvledere er funnet i nesten alle elektroniske enheter, fra musikkspillere til mobiltelefoner og datamaskiner. De gjør det mulig å lytte til musikk fra en enhet som er mindre enn et kredittkort, kan du sende en tekstmelding til en venn på den andre siden av verden og surfe på Internett etter informasjon.