Pooljuhtide

Pooljuhtideks nimetatakse materjale, mille elektrijuhtivus asub dielektrikute ja juhtivate materjalide vahel ning mida saab elektrivoolu, valguse ja lisandite abil kontrollida. Enamik pooljuhte on kristallilised ning peamised näited on räni (Si), germaanium (Ge) ning nende ühendid nagu gallium-arsenid (GaAs) ja gallium-nitrid (GaN). Pooljuhtide juhtivust on võimalik reguleerida temperatuuriga, valgusintensiivsusega ja dopeerimisega, mis on elektroonika toimimise aluseks.

Intrinsik pooljuht on puhas materjal, mille juhtivus on madal. Dopingiga lisatakse laengukandjaid: n-tüüpi pooljuhid lisandid annavad elektrone ja suurendavad juhtivust; p-tüüpi pooljuhid lisandid tekitavad augud ja toimivad vastavalt. Koos moodustavad need PN-liitumised, mis on diodide ja transistoride aluseks.

PN-liitumine ühendab erinevat tüüpi pooljuhte ja võimaldab kontrollitud voolu juhtimist. PN-junctionist saab diode, mis juhib voolu peamiselt ühes suunas. Transistorid, näiteks BJT ja FET, kasutavad dopeerimist, et kontrollida voolu kolmes kontaktis (emitter-basis-kollektor või gate-source-drain), mis võimaldab signaale võimendada ja lülitada. Need seadmed moodustavad tihti integreeritud vooluahelaid (IC).

Töötlus ja tootmine hõlmab kristallide kasvatamist, dopeerimist ja litograafiat, et koostada mikroskoopilisi struktuure. Kõige laialdasem on CMOS-tehnoloogia, mis ühendab p- ja n-tüüpi transistoreid, võimaldades suurt funktsionaalsust ja tihedust. Pooljuhte kasutatakse arvutites, mäludes, sensorites, side- ja telekommunikatsioonis ning päikesepaneelides.

Pooljuhtide areng on kaasaegse tehnika ja majanduse nurgakivi. Ajalugu: transistor leiutati 1947. aastal Bell Labsis; 1958–1959 loodi esimene integreeritud vooluahel; alates 1970ndatest on tihedus ja kiirus paranenud tänu MOSFET-tehnoloogiale ja uutele materjalidele nagu SiC ja GaN. Uurimus keskendub paremale efektiivsusele, väiksemale energiakadudele ja uutele rakendustele.