Den mest grundlæggende definition af en halvleder er en elektrisk komponent, som leder elektricitet en del af tiden. Elektricitet er en væsentlig del af vores hverdag, og den er til stede stort set overalt. I alle hjem er der apparater, tv-apparater, satellitanlæg og en lang række mindre genstande, som drives af elektricitet. For at disse ting kan fungere, skal elektriciteten nå frem til dem gennem ledninger, der lader elektriciteten flyde igennem dem. En leder er simpelthen et materiale, der har evnen til at lede den nødvendige elektricitet. Halvledere leder også elektricitet, men kun i mindre grad end almindelige ledere. Den mængde elektricitet, der ledes, afhænger af den type materiale, der anvendes, samt af dets blanding og størrelse. Halvledere er fremstillet af særlige materialer, der giver mulighed for en mellemliggende ledningsevne mellem en isolator og en leder. Det betyder blot, at det har nogle helt unikke fysiske egenskaber, der ligger et sted mellem isolatorer som glas og aluminium som ledere. En proces kaldet “doping” bruges til at tilsætte urenheder til rene halvledere, hvilket bogstaveligt talt ændrer materialets ledningsevne.
.
Hvad gør halvledere vigtige?
For at forstå, hvor vigtigt jobbet med halvledere er, er det vigtigt at forstå den grundlæggende forskel mellem elektronik og elektricitet. Begge dele er på en måde forbundet med elektrisk energi, og de kan generere, overføre og udnytte den. Den primære forskel mellem disse to er, at elektricitet grundlæggende beskæftiger sig med at bruge elektrisk energi i virkelige anvendelser som f.eks. belysning, opvarmning eller motorer. Elektronik derimod beskæftiger sig primært med applikationer som f.eks. strømstyring eller kommunikation. Eksempler på elektroniske anordninger er termostater, radioer eller hastighedskontrol af elmotorer. Den egentlige betydning af en halvleder er, at de kan være både isolatorer og ledere. En halvleder kan anvendes som leder eller som isolator. Forskellige forhold kan påvirke en halvleders ledningsevne. Når flere forskellige typer af halvledere kombineres, kan de generere særlige elektriske egenskaber i forskellige apparater ved at muliggøre styring af specifikke elektriske signaler. Halvledere anvendes ofte ved fremstilling af elektroniske apparater og integrerede kredsløb.
Flere typer af halvledere
Der findes to grundlæggende kategorier af halvledere: Ekstrinsiske og intrinsiske. Intrinsiske halvledere er fremstillet af meget rene materialer, og derfor er de meget dårlige ledere. De intrinsiske halvledere har lige mange negative og positive bærere, der kaldes henholdsvis elektroner og huller. En extrinsisk halvleder er en halvleder, hvor ledningsevnen forbedres ved at tilsætte urenheder, dopingprocessen. Doping kan give to forskellige kategorier af halvledere: negative ladninger (n-type) eller positive ladninger (p-type). Halvledere findes enten som en forbindelse eller som et grundstof. De mest almindelige og grundlæggende halvledere er silicium og germanium. Både silicium- og germaniumhalvledere har en krystallinsk struktur, der kaldes “diamantgitteret”. Det betyder, at atomet befinder sig i midten, og at alle dets naboer er placeret rundt om hjørnerne af tetraedronen. Der findes mange forskellige halvledere af rene grundstoffer samt legeringer og forbindelser. Sammensatte halvledere har den fordel, at de kan give et meget bredt spektrum af mobiliteter og energimellemrum. Det betyder ganske enkelt, at materialerne har kvaliteter og egenskaber, der svarer til meget specifikke krav. Af denne grund er der nogle halvledere, som anses for at være halvledere med bredt båndgab.
Hvorfor er egenskaberne ved en halvleder vigtige?
Halvledere har mange egenskaber, som ledere og isolatorer ikke har. Disse egenskaber er defineret af de elektroner, der kan springe fra valancebåndet over til ledningsbåndet og omvendt. En af de ting, der kan påvirke en elektron og give den ekstra energi til at foretage springet over til ledningsbåndet, er temperaturen. Dette efterlader naturligvis også et hul i valensbåndet, hvor elektronen tidligere var placeret. Lys kan også være et element, der giver et energitilskud til at skabe et “elektron-hul”-par. Denne proces betegnes absorption. Når strømmen i en halvleder øges på grund af absorptionen af fotoner, kaldes det fotokonduktivitet. Fotoner har varierende energier. Fotonen er en partikel, der er forbundet med lys, og som kan opføre sig som enten en bølge eller en partikel.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.