Halvleder

En halvleder er et materiale, der i nogle tilfælde kan lede elektricitet, men ikke i andre tilfælde. Gode elektriske ledere som kobber eller sølv lader let elektricitet strømme igennem sig. Materialer, der blokerer for strømmen af elektricitet, som f.eks. gummi eller plastik, kaldes isolatorer. Isolatorer bruges ofte til at beskytte folk mod elektriske stød. Som navnet antyder, leder en halvleder ikke lige så godt som en leder. Silicium er den mest anvendte halvleder, men galliumarsenid anvendes også.

Ved at tilføje forskellige atomer i halvlederens krystalgitter (gitter) ændres dens ledningsevne ved at lave n-type og p-type halvledere. Silicium er den vigtigste kommercielle halvleder, men der anvendes også mange andre halvledere. De kan laves til transistorer, som er små forstærkere. Transistorer anvendes i computere, mobiltelefoner, digitale lydafspillere og mange andre elektroniske apparater.

Ligesom andre faste stoffer kan elektronerne i halvledere kun have energier inden for visse bånd (dvs. energiniveauer) mellem energien i grundtilstanden, som svarer til elektroner, der er tæt bundet til materialets atomkerner, og den frie elektronenergi, som er den energi, der kræves for at en elektron kan slippe helt ud af materialet.

Elektroniske komponenter på basis af halvledere

Historie

Halvledere blev undersøgt i laboratorier allerede i 1830'erne. I 1833 eksperimenterede Michael Faraday med sølvsulfid. Han opdagede, at når materialet blev opvarmet, blev det bedre til at lede elektricitet. Dette var det modsatte af, hvordan kobber virkede. Når kobber opvarmes, leder det mindre elektricitet. En række andre tidlige eksperimentatorer opdagede andre egenskaber ved halvledere. I 1947 blev transistoren opfundet på Bell Labs i New Jersey. Dette førte til udviklingen af integrerede kredsløb, som driver næsten alle elektroniske apparater i dag.

Halvleder-doping

Doping

Doping er en proces, hvor der tilsættes en lille urenhed til en ren halvleder for at ændre dens elektriske egenskaber. Let og moderat doterede halvledere kaldes extrinsiske halvledere. En halvleder, der er så højt doteret, at den fungerer mere som en leder end som en halvleder, kaldes degenereret. De fleste halvledere er fremstillet af siliciumkrystaller. Rent silicium har kun ringe anvendelse, men doteret silicium er grundlaget for de fleste halvledere. Silicon Valley blev opkaldt efter det store antal nystartede halvledervirksomheder, der var placeret der.

Halvledere i dag

I dag anvendes halvledere vidt og bredt. Halvledere findes i næsten alle elektroniske apparater. Stationære computere, internettet, tablets og smartphones ville alle ikke være mulige uden halvledere. Halvledere kan laves til meget præcise kontakter med en lille mængde spænding. Den spænding, som halvlederen ikke har brug for, kan sendes til andre elektriske komponenter i enheden. Halvledere kan også gøres meget små, og mange af dem kan passe ind i et ret lille kredsløb. Da de kan gøres så små, kan elektriske apparater i dag gøres tynde og lette uden at gå på kompromis med processorkraften. Nogle af de dominerende virksomheder inden for halvlederbranchen er Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm og Micron Technology.

Relaterede sider

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er en halvleder?

A: En halvleder er et materiale, som i nogle tilfælde vil lede elektricitet, men ikke i andre tilfælde. Det leder ikke lige så godt som gode elektriske ledere som kobber eller sølv, og det blokerer ikke for strømmen af elektricitet som isolatorer som gummi eller plastik.

Sp: Hvad er n-type og p-type halvledere?

Svar: N- og p-type halvledere skabes ved at tilføje forskellige atomer i halvlederens krystalgitter (gitter), hvilket ændrer dens ledningsevne.

Sp: Hvad bruges silicium til?

A: Silicium er den vigtigste kommercielle halvleder, og det kan fremstilles til transistorer, som er små forstærkere, der anvendes i computere, mobiltelefoner, digitale lydafspillere og mange andre elektroniske apparater.

Spørgsmål: Hvilke andre materialer anvendes som halvledere?

A: Ud over silicium anvendes galliumarsenid også som halvleder.

Spørgsmål: Hvordan opfører elektroner sig i et fast materiale?

A: Elektronerne i faste materialer kan kun have energier inden for visse bånd (dvs. energiniveauer) mellem energien i grundtilstanden, som svarer til elektroner, der er tæt bundet til materialets atomkerner, og den frie elektronenergi, som er den energi, der kræves for, at en elektron kan slippe helt ud af materialet.

Sp: Hvorfor bruges isolatorer ofte til at beskytte folk mod elektriske stød?

A: Isolatorer blokerer strømmen af elektricitet, så de kan bruges til at beskytte folk mod elektriske stød ved at forhindre, at en elektrisk strøm passerer gennem dem.

Spørgsmål: Hvordan fungerer transistorer?

A: Transistorer fungerer som små forstærkere, der tager et indgangssignal og forstærker det, inden de udsender det på et højere niveau end det, der oprindeligt blev indtastet.