Félvezetk

Félvezetők, vagy félvezető anyagok, olyan anyagok, amelyek vezetőképessége a vezetőké és a szigetelőké között van, és ezt külső hatásokkal lehet finoman szabályozni. A sávelmélet szerint két fő energia-sáv létezik: a valencia sáv és a vezetési sáv, közöttük található az energiasáv-különbség, a sávgap. A hőmérséklet, a dopolás és az elektromos mező befolyásolhatja a viselkedést.

Intrinsic félvezetők tiszta anyagok, például szilícium vagy germánium. Vezetőképességük termikus excitációból ered: a hő hatására elektronok jutnak át a valencia sávból a vezetési sávba, és szabad töltéshordozók keletkeznek. A doping megváltoztatja ezt a viselkedést úgy, hogy a vezetőképesség vagy dominánsabb hordozó típusától függően módosul.

Extrinsic félvezetők doping révén jönnek létre. Donor dopantokkal (például foszfor) n-típusúak lesznek, ahol az elektron a domináns töltéshordozó. Akceptor dopantokkal (például bór) p-típusúak lesznek, ahol a lyuk a domináns hordozó. A doping a Fermi-szintet eltolja, ezáltal a vezetőképesség és a vezetési tulajdonságok megváltoznak.

PN-átmenet jön létre a n- és p-típusú régiók találkozásánál. Ennek alapja a dióda és a tranzisztorok működése. A MOSFET, az ún. fém-oxid-félvezető térvezérléses tranzisztor, a kapacitív oxidréteg és a csatorna feszültségének szabályozásával kapcsolja be és ki az áramot.

Anyagok: a szilícium a legfontosabb félvezető alapanyag, alapvető a modern elektronikában. Emellett fontos a germánium, GaAs, InP, GaN és SiC, amelyek különböző tulajdonságokkal segítik a magasabb frekvenciákat, nagyobb hőállóságot vagy speciális alkalmazásokat.

Alkalmazások: nélkülözhetetlenek a számítógépek, okostelefonok, fotovoltaikus cellák, LED-ek, érzékelők és számos optoelektronikai eszköz. A félvezető technológia megalapozza a jelenlegi és jövőbeli elektronikai rendszerek működését.