Wat is een halfgeleider?

Een halfgeleider is een materiaal dat bepaalde unieke eigenschappen heeft in de manier waarop het reageert op elektrische stroom. Het is een materiaal met een veel lagere weerstand tegen de stroom van elektrische stroom in de ene richting dan in de andere. De elektrische geleidbaarheid van een halfgeleider ligt tussen die van een goede geleider (zoals koper) en die van een isolator (zoals rubber). Vandaar de naam halfgeleider. Een halfgeleider is ook een materiaal waarvan de elektrische geleidbaarheid kan worden gewijzigd (doping genoemd) door temperatuurschommelingen, aangelegde velden of het toevoegen van onzuiverheden.

Hoewel een halfgeleider geen uitvinding is en niemand de halfgeleider heeft uitgevonden, zijn er veel uitvindingen die halfgeleiderelementen zijn. De ontdekking van halfgeleidermaterialen zorgde voor enorme en belangrijke vorderingen op het gebied van elektronica. We hadden halfgeleiders nodig voor de miniaturisatie van computers en computeronderdelen. We hadden halfgeleiders nodig voor de fabricage van elektronische onderdelen zoals diodes, transistors en vele

Halfgeleidermaterialen omvatten de elementen silicium en germanium en de verbindingen galliumarsenide, loodsulfide of indiumfosfide. Er zijn veel andere halfgeleiders. Zelfs bepaalde kunststoffen kunnen halfgeleidend zijn, waardoor plastic lichtgevende diodes (LED's) mogelijk zijn die flexibel zijn en in elke gewenste vorm kunnen worden gegoten.

Volgens Dr. Ken Mellendorf op Vraag Newton aan een wetenschapper:

'Doping' is een procedure die halfgeleiders zoals silicium en germanium gebruiksklaar maakt in diodes en transistors. Halfgeleiders in hun ongedoteerde vorm zijn eigenlijk elektrische isolatoren die niet erg goed isoleren. Ze vormen een kristalpatroon waar elk elektron een bepaalde plaats heeft. De meeste halfgeleidermaterialen hebben er vier valentie-elektronenvier elektronen in de buitenste schil. Door een of twee procent van de atomen met vijf valentie-elektronen zoals arseen in een halfgeleider met vier valentie-elektronen zoals silicium te plaatsen, gebeurt er iets interessants. Er zijn niet genoeg arseenatomen om de algehele kristalstructuur te beïnvloeden. Vier van de vijf elektronen worden in hetzelfde patroon gebruikt als voor silicium. Het vijfde atoom past niet goed in de structuur. Het hangt nog steeds het liefst in de buurt van het arseenatoom, maar het wordt niet stevig vastgehouden. Het is heel gemakkelijk om het los te slaan en door het materiaal te sturen. Een gedoteerde halfgeleider lijkt veel meer op een geleider dan een ongedoteerde halfgeleider. Je kunt ook een halfgeleider dopen met een drie-elektronenatoom zoals aluminium. Het aluminium past in de kristalstructuur, maar nu mist de structuur een elektron. Dit wordt een gat genoemd. Een naburig elektron in het gat laten bewegen is een beetje zoals het gat laten bewegen. Door een met elektronen gedoteerde halfgeleider (n-type) te plaatsen met een gat-gedoteerde halfgeleider (p-type) ontstaat een diode. Andere combinaties creëren apparaten zoals transistors.

De term "halfgeleidend" werd voor het eerst gebruikt door Alessandro Volta in 1782.

Michael faraday was de eerste die in 1833 een halfgeleidereffect waarnam. Faraday merkte op dat de elektrische weerstand van zilversulfide afnam met de temperatuur. In 1874 ontdekte en documenteerde Karl Braun het eerste halfgeleiderdiode-effect. Braun merkte op dat de stroom vrij stroomt in slechts één richting bij het contact tussen een metalen punt en een galenakristal.

In 1901 werd het allereerste halfgeleiderapparaat, genaamd "cat whiskers", gepatenteerd. Het apparaat is uitgevonden door Jagadis Chandra Bose. Cat whiskers was een puntcontact halfgeleidergelijkrichter die werd gebruikt voor het detecteren van radiogolven.

Een transistor is een apparaat dat is samengesteld uit halfgeleidermateriaal. John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley hebben allemaal de transistor in 1947 bij Bell Labs.

• Nationaal laboratorium van Argonne. 'NEWTON - Vraag een wetenschapper.' Internet Archive, 27 februari 2015.