Halfgeleier

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek

'n Halfgeleier is 'n vastestof met geleidingseienskappe tussen 'n geleier en dié van 'n isolator; dit kan wissel oor 'n wye bestek hetsy permanent of dinamies. Halfgeleiers is belangrike materiale in vandag se tegnologie. Halfgeleiertoestelle, elektroniese komponente wat gemaak word van halfgeleiermateriale, is belangrike moderne elektriese toestelle. Hierdie toestelle word gebruik in die vervaardiging van rekenaars, selfone en digitale klankspelers. Silikon word tans gebruik om die meeste kommersiële halfgeleiers te vervaardig, maar daar bestaan dosyne ander materiale wat ook gebruik kan word.

Oorsig[wysig]

Halfgeleiers het eienskappe wat baie ooreestem met isolators. Die twee kategorieë van vastestowwe verskil hoofsaaklik in die opsig dat isolators 'n groot bandgaping tussen die energieë wat elektrone moet verkry om om vrylik van atoom tot atoom te kan beweeg. In halfgeleiers, net soos in die geval van isolators, verkry baie min elektrone voldoende termiese energie om oor die bandgaping te spring vanaf die valensieband tot in die geleidingsband, wat nodig is vir elektrone om beskikbaar te wees om 'n elektriese stroom te gelei. Om hierdie rede het suiwer halfgeleiers en isolators in die afwesigheid van toegepaste elektriese velde, soortgelyke weerstande. Die kleiner bandgapings van halfgeleiers, maak dit egter moontlik om ander metodes buiten termiese energie te gebruik om hulle elektriese eienskappe te beheer.

Halfgeleiers se intrinsieke elektriese eienskappe word dikwels permanent verander deur die invoeging van onsuiwerhede deur 'n doteringsproses. By benadering kan gesê word dat elke atoom van die onsuiwerheid 'n elektron of "gat" (later bespreek) byvoeg sodat elektrone vryelik kan beweeg. As 'n voldoende hoeveelheid onsuiwerheid bygevoeg word sal die halfgeleier elektrisiteit byna so goed as metale gely. Afhangende van die soort onsuiwerheid sal 'n gedoteerde gebied op die halfgeleier meer elektrone of gate hê en word dienooreenkomstig N-tipe of P-tipe halfgeleiers materiaal onderskeidelik genoem. Sperlae tussen die N- en P-tipe halfgeleiers skep elektriese velde wat veroorsaak dat elektrone en gate om van hulle af weg te beweeg, 'n eienskap wat krities is vir die werking van halfgeleiertoestelle. 'n Digtheidsverskil in die hoeveelheid onsuiwerhede lewer 'n klein elektriese veld in die gebied wat gebruik word om elektrone of gate wat nie in ewewig is nie te versnel.

Bo en behalwe die permanente verandering wat deur dotering meegebring word sal die weerstand van halfgeleiers gewoonlik dinamies verander word deur elektriese velde dinamies toe te pas. Die vermoë om die weerstand/geleiding in gebiede in die halfgeleiermateriaal te beheer deur die toepassing van elektriese velde is die eienskap wat halfgeleiers nuttig maak. Dit het gelei tot 'n wye reeks halfgeleiertoestelle, soos transistors en diodes. Halfgeleiertoestelle wat oor dinamies beheerbare geleiding beskik, soos transistors, is die boustene van geïntegreerde stroombaan-toestelle soos mikroverwerkers. Die "aktiewe" halfgeleiertoestelle (transistors) word gekombineer met passiewe toestelle wat uit halfgeleiermateriaal vervaardig word soos onder andere kapasitore en resistors om volledige elektroniese stroombane te lewer.

Die meeste halfgeleiers waarin die elektrone voldoende energie verloor het om vanaf die geleidingsband na die valensieband terug te val (die energievlakke tussen die bandgaping), sal lig uitstraal gelykstaande aan 'n kwantum energie in die sigbare elektromagnetiese spektrum. Hierdie foto-emissieproses is die verskynsel waarop lig-emissie diodes (LED) en halfgeleierlasers op gebaseer word. Daarteenoor kan die absorpsie van lig in fotodetektors elektrone opwek om vanaf die valensieband na die hoër geleidingsband te beweeg, 'n verskynsel wat die basis vorm vir die opwekking van elektrisiteit vanaf sonselle.

Halfgeleiers kan uit elementêre materiale soos silikon en germanium bestaan of saamgestelde halfgeleiers soos galliumarsenied en indiumfosfied of legerings soos silikongermanium of aluminiumgalliumarsenied.