Che cos'è un semiconduttore?

Un semiconduttore è un materiale che ha determinate proprietà uniche nel modo in cui reagisce alla corrente elettrica. È un materiale che ha una resistenza molto inferiore al flusso di corrente elettrica in una direzione piuttosto che in un'altra. La conduttività elettrica di un semiconduttore è tra quella di un buon conduttore (come il rame) e quella di un isolante (come la gomma). Da qui il nome semiconduttore. Un semiconduttore è anche un materiale la cui conducibilità elettrica può essere modificata (chiamata doping) attraverso variazioni di temperatura, campi applicati o aggiunta di impurità.

Mentre un semiconduttore non è un'invenzione e nessuno ha inventato il semiconduttore, ci sono molte invenzioni che sono dispositivi a semiconduttore. La scoperta di materiali semiconduttori ha consentito enormi e importanti progressi nel campo dell'elettronica. Avevamo bisogno di semiconduttori per la miniaturizzazione di computer e parti di computer. Avevamo bisogno di semiconduttori per la produzione di parti elettroniche come diodi, transistor e molti altri celle fotovoltaiche.

I materiali a semiconduttore includono gli elementi silicio e germanio e i composti di arsenuro di gallio, solfuro di piombo o fosfuro di indio. Esistono molti altri semiconduttori. Anche alcune materie plastiche possono essere semiconduttori, consentendo diodi a emissione di luce in plastica (LED) che sono flessibili e possono essere stampati in qualsiasi forma desiderata.

Secondo il Dr. Ken Mellendorf a Chiedi a uno scienziato di Newton:

Il "doping" è una procedura che rende i semiconduttori come silicio e germanio pronti per l'uso in diodi e transistor. I semiconduttori nella loro forma non drogata sono in realtà isolanti elettrici che non isolano molto bene. Formano un modello di cristallo in cui ogni elettrone ha un posto definito. La maggior parte dei materiali semiconduttori ne ha quattro elettroni di valenza, quattro elettroni nel guscio esterno. Inserendo uno o due percento di atomi con cinque elettroni di valenza come l'arsenico con un semiconduttore di elettroni a quattro valenze come il silicio, accade qualcosa di interessante. Non ci sono abbastanza atomi di arsenico per influenzare la struttura cristallina complessiva. Quattro dei cinque elettroni sono usati nello stesso schema del silicio. Il quinto atomo non si adatta bene alla struttura. Preferisce ancora appendere vicino all'atomo di arsenico, ma non è tenuto stretto. È molto facile staccarlo e inviarlo lungo il materiale. Un semiconduttore drogato è molto più simile a un conduttore che a un semiconduttore non drogato. Puoi anche drogare un semiconduttore con un atomo a tre elettroni come l'alluminio. L'alluminio si adatta alla struttura cristallina, ma ora manca la struttura di un elettrone. Questo si chiama buco. Far muovere un elettrone vicino nel buco è un po 'come far muovere il buco. Mettere un semiconduttore drogato con elettroni (tipo n) con un semiconduttore drogato con foro (tipo p) crea un diodo. Altre combinazioni creano dispositivi come i transistor.

Il termine "semiconduttori" è stato usato per la prima volta da Alessandro Volta nel 1782.

Michael Faraday fu la prima persona a osservare un effetto semiconduttore nel 1833. Faraday osservò che la resistenza elettrica del solfuro d'argento diminuiva con la temperatura. Nel 1874, Karl Braun scoprì e documentò il primo effetto a diodi a semiconduttore. Braun osservò che la corrente scorre liberamente in una sola direzione al contatto tra un punto di metallo e un cristallo di galena.

Nel 1901, il primo dispositivo a semiconduttore, chiamato "baffi di gatto", fu brevettato. Il dispositivo è stato inventato da Jagadis Chandra Bose. I baffi di gatto erano un raddrizzatore a semiconduttore a contatto diretto utilizzato per rilevare le onde radio.

Un transistor è un dispositivo composto da materiale semiconduttore. John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley hanno tutti co-inventato il transistor nel 1947 ai Bell Labs.

• Laboratorio nazionale Argonne. "NEWTON - Chiedi a uno scienziato." Internet Archive, 27 febbraio 2015.