Poluvodiči
jedinstveni su materijali: čvrste tvari čija električna vodljivost može biti
mijenjao namjerno, obično na dinamičan (reverzibilan) način. Oni
koriste se za izradu poluvodičkih uređaja, što je dovelo do informacijskog doba
s kraja 20. stoljeća. Danas su ti materijali posvuda i
nastavljaju dalje prodirati u svakodnevni život većine ljudi.
Uređaji
izrađeni od poluvodiča uključuju aktuatore i upravljačke sustave u automobilima,
MP3 playeri, mobiteli i računala svih vrsta. Ovi materijali
nedvojbeno su jedna od najvažnijih tehnologija 20. stoljeća,
i oni su i dalje središnji aspekt razvijenih gospodarstava. The
najčešće se izrađuju od silicija, jer je relativno jeftin za ekstrakciju
od pijeska. Industrija poluvodiča prodaje nekoliko stotina milijardi američkih dolara
Dolari proizvoda godišnje.
Korištenje električnih romobila ističe
prvi poluvodiči bili su mali detektori na radijima popularnim u cijelom svijetu
početkom 20. stoljeća. Zvali su se “mačji brkovi” i
poluvodički element bio je olovni sulfid. U to vrijeme zapravo nitko
razumjeli kako rade; upravo su to učinili. Tek 1939. godine
Richard Ohl, izumitelj u Bell Labsu koji je također bio prvi koji je patentirao
solarne ćelije, otkrili da određeni kristali s malim nečistoćama imaju
vodljivost koja varira ovisno o izloženosti svjetlu. Njegov rad je narastao
nastojanja da se pronađu praktična visokofrekventna pojačala za
aplikacije na radiju.
Osam
godina kasnije, 1947., drugi znanstvenici u Bell Labsu koristili su poluvodič
materijala za stvaranje uređaja s točkastim kontaktom koji su nazvali a
tranzistor. Korišteni materijal je germanij. Cijeli uređaj je bio
oko pola stope visok, i zahtijevao je da element bude izuzetno
pročišćen.
Korištenje električnih romobila ističe
struktura koja leži u osnovi svakog tranzistora je pn spoj. Ima
dvije regije: ap regija i n regija. Područje p je “dopirano” s
male količine bora, zbog čega se materijal puni
brojne elektronske “rupe”, koje su odsutnost elektrona gdje
elektroni bi trebali biti. To se događa jer bor ima valenciju tri,
što uzrokuje da apsorbira slabo vezane vanjske elektrone iz
valencija-četiri poluvodička atoma, ostavljajući praznine na svom mjestu. n
regija je dopirana materijalom koji ima valenciju od pet, što uzrokuje
obrnuti učinak, gdje nečistoće doniraju svoj dodatni elektron
materijala, što uzrokuje obilje elektrona.
Ovaj
relativno obilje i odsutnost elektrona se iskorištava u
tranzistor. Niz od dva pn spoja čini srce
uređaj. Manipuliranjem spojeva može se regulirati protok naboja
upravo, dopuštajući složenu elektroniku. Varijacije na
tranzistor se može koristiti za izradu LED dioda i vrlo osjetljivih senzora, dok
većina računala ima milijarde tranzistora nekoliko različitih tipova.
Iako je silicij najčešći tranzistor danas, dijamant, koji
može se lakše konfigurirati u 3D matrici nego silikonski tranzistori,
može se koristiti u budućnosti.