Mis on pooljuht?

Pooljuht on materjal, millel on elektrivoolule reageerimisel teatud unikaalsed omadused. See on materjal, mille vastupidavus vooluhulgale on palju madalam elektrivool ühes suunas kui teises. Pooljuhi elektrijuhtivus on hea juhi (nagu vask) ja isolaatori (nagu kummi) elektrijuhtivus. Seega nimi pooljuht. Pooljuht on ka materjal, mille elektrijuhtivust saab muuta (nimetatakse dopinguks) temperatuuri muutuste, rakendatud väljade või lisandite lisamise kaudu.

Kuigi pooljuht ei ole leiutis ja keegi ei leiutanud seda ka pooljuhti, on palju leiutisi, mis on pooljuhtseadised. Pooljuhtmaterjalide leidmine võimaldas tohutult ja olulisi edusamme elektroonika valdkonnas. Vajasime pooljuhte arvutite ja arvuti osade miniaturiseerimiseks. Elektrooniliste osade, näiteks dioodide, transistoride ja paljude muude tootmiseks vajasime pooljuhte fotogalvaanilised elemendid.

Pooljuhtmaterjalide hulka kuuluvad räni ja germaanium ning ühendid galliumarseniid, pliisulfiid või indiumfosfiid. Pooljuhte on palju. Isegi teatud plast võib olla pooljuht, võimaldades plastist valgusdioode (LED-sid), mis on elastsed ja mida saab vormida mis tahes soovitud kujuga.

Dr Ken Mellendorfi sõnul kell Newtoni küsige teadlaselt:

Doping on protseduur, mis muudab pooljuhid nagu räni ja germaanium dioodides ja transistorides kasutamiseks valmis. Pooljuhid nende lahtisel kujul on tegelikult elektriisolaatorid, mis ei isoleeri eriti hästi. Nad moodustavad kristallimustri, kus igal elektronil on kindel koht. Enamikul pooljuhtmaterjalidest on neli valentselektronid, neli elektronid väliskeses. Pannes ühe või kaks protsenti aatomitest viie valentselektroni, näiteks arseeni, sisse nelja valentselektroniga pooljuhi, näiteks räni abil, juhtub midagi huvitavat. Kristallide üldise struktuuri mõjutamiseks pole piisavalt arseeni aatomeid. Viiest elektronist neli kasutatakse sama mustri järgi nagu räni puhul. Viies aatom ei sobi struktuuri hästi. Eelistab endiselt riputada arseeni aatomi läheduses, kuid seda ei hoita tihedalt kinni. Seda on väga lihtne lahti lüüa ja materjali teel edasi saata. Legeeritud pooljuht sarnaneb palju rohkem juhiga kui lahti ühendamata pooljuhiga. Pooljuhti saab ka leelistada kolmeelektronilise aatomiga, näiteks alumiiniumiga. Alumiinium sobib kristallstruktuuriga, kuid nüüd puudub struktuuril elektron. Seda nimetatakse auku. Naaberelektroni liigutamine auku on omamoodi nagu augu liigutamine. Elektroodiga legeeritud pooljuhi (n-tüüpi) paigutamine avaga legeeritud pooljuhiga (p-tüüp) loob dioodi. Muud kombinatsioonid loovad selliseid seadmeid nagu transistorid.

Mõistet "pooljuht" kasutas esimest korda Alessandro Volta aastal 1782.

Michael Faraday oli esimene inimene, kes 1833. aastal pooljuhte efekti täheldas. Faraday täheldas, et hõbesulfiidi elektritakistus vähenes temperatuuriga. 1874. aastal avastas ja dokumenteeris Karl Braun esimese pooljuhtdioodi efekti. Braun täheldas, et metallpunkti ja galena kristalli kokkupuutel voolab vool vabalt ainult ühes suunas.

1901. aastal patenteeriti kõige esimene pooljuhtseade, mida nimetatakse kassi viskideks. Seadme leiutas Jagadis Chandra Bose. Kassi vurrud olid punktkontaktiga pooljuht-alaldi, mida kasutati raadiolainete tuvastamiseks.

Transistor on pooljuhtmaterjalist koosnev seade. John Bardeen, Walter Brattain ja William Shockley leiutasid kõik transistor aastal 1947 Bell Labs'is.

• Argonne'i riiklik labor. "NEWTON - küsige teadlaselt." Interneti-arhiiv, 27. veebruar 2015.