Pooljuht

Pooljuht on materjal, mis mõnel juhul juhib elektrit, kuid mõnel juhul mitte. Head elektrijuhid, nagu vask või hõbe, lasevad elektrit kergesti läbi voolata. Materjale, mis blokeerivad elektrivoolu, nagu kummi või plast, nimetatakse isolaatoriteks. Isolaatoreid kasutatakse sageli selleks, et kaitsta inimesi elektrilöögi eest. Nagu nimigi ütleb, ei juhi pooljuht nii hästi kui elektrijuht. Kõige rohkem kasutatakse räni, kuid kasutatakse ka galliumarseniidi.

Erinevate aatomite lisamisega pooljuhi kristallvõre (võre) muudab see selle juhtivust, tehes n-tüüpi ja p-tüüpi pooljuhte. Räni on tähtsaim kaubanduslik pooljuht, kuigi kasutatakse ka paljusid teisi. Neist saab teha transistoreid, mis on väikesed võimendid. Transistoreid kasutatakse arvutites, mobiiltelefonides, digitaalsetes helimängijates ja paljudes muudes elektroonikaseadmetes.

Sarnaselt teiste tahkete kehadega võivad elektronid pooljuhtides omada energiat ainult teatud ribade (st energiatasemete vahemike) piires, mis jäävad põhiseisundi energia, mis vastab tihedalt materjali aatomituumadega seotud elektronidele, ja vaba elektroni energia, mis on energia, mis on vajalik elektroni täielikuks väljumiseks materjalist.

Pooljuhtidel põhinevad elektroonikakomponendid

Ajalugu

Pooljuhte uuriti laborites juba 1830. aastatel. Aastal 1833 katsetas Michael Faraday hõbesulfiidiga. Ta avastas, et kui materjali kuumutada, juhib see paremini elektrit. See oli vastupidine vase toimimisele. Vase kuumutamisel juhib see vähem elektrit. Mitmed teised varajased eksperimenteerijad avastasid muid pooljuhtide omadusi. 1947. aastal leiutati New Jersey's asuvas Bell Labs'is transistor. See viis integreeritud vooluahelate väljatöötamiseni, mis tänapäeval toidavad peaaegu kõiki elektroonikaseadmeid.

Pooljuhtide doteerimine

Doping

Doping on protsess, mille käigus lisatakse puhtale pooljuhile väike lisand, et muuta selle elektrilisi omadusi. Kergelt ja mõõdukalt legeeritud pooljuhte nimetatakse ekstrinsilisteks. Pooljuhti, mis on legeeritud nii tugevasti, et see käitub pigem juhi kui pooljuhi moodi, nimetatakse degeneratsiooniks. Enamik pooljuhte on valmistatud ränikristallidest. Puhtast ränist on vähe kasu, kuid legeeritud räni on enamiku pooljuhtide aluseks. Silicon Valley sai oma nime suure hulga seal asuvate pooljuhtide idufirmade järgi.

Pooljuhid täna

Tänapäeval kasutatakse pooljuhte laialdaselt. Pooljuhte võib leida peaaegu igas elektroonikaseadmes. Lauaarvutid, Internet, tahvelarvutid, nutitelefonid - kõik see ei oleks võimalik ilma pooljuhtideta. Pooljuhtidest saab teha väga täpseid lüliteid väikese pinge abil. Pinge, mida pooljuht ei vaja, saab saata seadme teistele elektrilistele komponentidele. Pooljuhte saab teha ka väga tillukeseks ja paljud neist mahuvad üsna väikesesse vooluahelasse. Kuna neid saab teha nii väikeseks, saab tänapäeval elektrilisi seadmeid teha õhukeseks ja kergeks, ilma et see kahjustaks töötlemisvõimsust. Mõned domineerivad ettevõtted pooljuhtide valdkonnas on Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm ja Micron Technology.

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on pooljuht?

V: Pooljuht on materjal, mis mõnel juhul juhib elektrit, kuid mõnel juhul mitte. See ei juhi nii hästi kui head elektrijuhid nagu vask või hõbe ning ei takista elektrivoolu nagu isolaatorid, näiteks kummi või plast.

K: Mis on n-tüüpi ja p-tüüpi pooljuhid?

V: N-tüüpi ja p-tüüpi pooljuhid tekivad, kui pooljuhi kristallvõre (võre) lisatakse erinevaid aatomeid, mis muudab selle juhtivust.

K: Milleks kasutatakse räni?

V: Räni on tähtsaim kaubanduslik pooljuht ja sellest saab valmistada transistoreid, mis on väikesed võimendid, mida kasutatakse arvutites, mobiiltelefonides, digitaalsetes helimängijates ja paljudes muudes elektroonikaseadmetes.

K: Milliseid muid materjale kasutatakse pooljuhtidena?

V: Lisaks ränile kasutatakse pooljuhtidena ka galliumarseniidi.

K: Kuidas käituvad elektronid tahkes materjalis?

V: Tahketes materjalides võivad elektronide energiad olla ainult teatud ribade (st energiatasemete vahemike) piires, mis jäävad põhiseisundi energia, mis vastab tihedalt materjali aatomituumadega seotud elektronidele, ja vaba elektroni energia, mis on energia, mis on vajalik elektroni täielikuks väljumiseks materjalist, vahele.

K: Miks kasutatakse sageli isolaatoreid, et kaitsta inimesi elektrilöögi eest?

V: Isolaatorid blokeerivad elektrivoolu, nii et neid saab kasutada inimeste kaitsmiseks elektrilöögi eest, takistades elektrivoolu läbiminekut.

K: Kuidas töötavad transistorid?

V: Transistorid toimivad väikeste võimenditena, mis võtavad sisendsignaali ja võimendavad seda, enne kui nad selle algselt sisestatud signaalist kõrgemal tasemel välja annavad.