Polovodič

Polovodič je materiál, který v některých případech vede elektrický proud, ale v jiných ne. Dobré elektrické vodiče, jako je měď nebo stříbro, snadno propouštějí elektřinu. Materiály, které blokují tok elektřiny, jako je guma nebo plast, se nazývají izolátory. Izolátory se často používají k ochraně lidí před úrazem elektrickým proudem. Jak už název napovídá, polovodič nevede tak dobře jako vodič. Nejpoužívanějším polovodičem je křemík, ale používá se také arsenid galia.

Přidáním různých atomů do krystalové mřížky polovodiče se změní jeho vodivost tak, že vznikne polovodič typu n a p. Křemík je nejdůležitějším komerčním polovodičem, i když se používá mnoho dalších. Lze z nich vyrobit tranzistory, což jsou malé zesilovače. Tranzistory se používají v počítačích, mobilních telefonech, digitálních audio přehrávačích a mnoha dalších elektronických zařízeních.

Stejně jako v jiných pevných látkách mohou mít elektrony v polovodičích energii pouze v určitých pásmech (tj. rozmezích energetických hladin) mezi energií základního stavu, která odpovídá elektronům pevně vázaným na atomová jádra materiálu, a energií volného elektronu, což je energie potřebná k tomu, aby elektron z materiálu zcela unikl.

Elektronické součástky na bázi polovodičů

Historie

Polovodiče se v laboratořích zkoumaly již ve 30. letech 19. století. V roce 1833 experimentoval Michael Faraday se sulfidem stříbrným. Zjistil, že při zahřívání tento materiál lépe vede elektřinu. To byl opak toho, jak se chovala měď. Když se měď zahřívá, vede méně elektřiny. Řada dalších prvních experimentátorů objevila další vlastnosti polovodičů. V roce 1947 byl v Bellových laboratořích v New Jersey vynalezen tranzistor. To vedlo k vývoji integrovaných obvodů, které dnes pohánějí téměř všechna elektronická zařízení.

Dopování polovodičů

Doping

Dopování je proces, při kterém se do čistého polovodiče přidává malá příměs za účelem změny jeho elektrických vlastností. Lehce a středně dopované polovodiče se nazývají extrinsické. Polovodič dopovaný na tak vysokou úroveň, že se chová spíše jako vodič než jako polovodič, se označuje jako degenerovaný. Většina polovodičů se vyrábí z krystalů křemíku. Čistý křemík má malé využití, ale dopovaný křemík je základem většiny polovodičů. Silicon Valley bylo pojmenováno podle velkého počtu začínajících polovodičových společností, které zde sídlily.

Polovodiče dnes

Dnes se polovodiče používají všude možně. Polovodiče se nacházejí téměř v každém elektronickém zařízení. Stolní počítače, internet, tablety a chytré telefony by se bez polovodičů neobešly. Z polovodičů lze vytvořit velmi přesné spínače s malým napětím. Napětí, které polovodič nepotřebuje, lze poslat do jiných elektrických součástek v zařízení. Polovodiče lze také vyrobit velmi malé a mnoho z nich se vejde do poměrně malého obvodu. Protože je lze vyrobit tak malé, lze dnes elektrická zařízení vyrábět tenká a lehká, aniž by to bylo na úkor výpočetního výkonu. Mezi dominantní společnosti v oblasti polovodičů patří Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm a Micron Technology.

Související stránky

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to polovodič?

Odpověď: Polovodič je materiál, který v některých případech vede elektrický proud, ale v jiných ne. Nevede tak dobře jako dobré elektrické vodiče, jako je měď nebo stříbro, a nebrání toku elektřiny jako izolátory, jako je guma nebo plast.

Otázka: Co jsou polovodiče typu n a p?

Odpověď: Polovodiče typu n a p vznikají přidáním různých atomů do krystalové mřížky (mřížky) polovodiče, čímž se mění jeho vodivost.

Otázka: K čemu se používá křemík?

Odpověď: Křemík je nejdůležitější komerční polovodič a lze z něj vyrábět tranzistory, což jsou malé zesilovače používané v počítačích, mobilních telefonech, digitálních audio přehrávačích a mnoha dalších elektronických zařízeních.

Otázka: Jaké další materiály se používají jako polovodiče?

Odpověď: Kromě křemíku se jako polovodič používá také arsenid galia.

Otázka: Jak se chovají elektrony v pevném materiálu?

Odpověď: Elektrony v pevných materiálech mohou mít energii pouze v určitých pásmech (tj. rozmezích energetických hladin) mezi energií základního stavu, která odpovídá elektronům pevně vázaným na atomová jádra materiálu, a energií volného elektronu, což je energie potřebná k tomu, aby elektron z materiálu zcela unikl.

Otázka: Proč se izolanty často používají k ochraně lidí před úrazem elektrickým proudem?

Odpověď: Izolátory blokují tok elektřiny, takže se mohou používat k ochraně lidí před úrazem elektrickým proudem tím, že zabraňují průchodu elektrického proudu.

Otázka: Jak fungují tranzistory?

Odpověď: Tranzistory fungují jako malé zesilovače, které přijímají vstupní signál, zesilují ho a pak ho vysílají na vyšší úrovni, než byla původně vstupní úroveň.