Puolijohteita

Puolijohteet ovat materiaaleja, joiden sähköinen johtavuus on välitila eristeiden ja johtavien aineiden välillä. Johtavuutta voidaan säädellä lämpötilan, epäpuhtauksien ja rakenteen avulla. Yleisimmät puolijohdemateriaalit ovat pii (Si) ja germanium (Ge), sekä yhdisteet kuten gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC) ja indium phosphide (InP).

Elektronien ja reikien liike määrittelee puolijohteiden toimintaa. Intrinsic-tai puhdas puolijohde johtaa heikosti, mutta dopingin avulla voidaan tuottaa n-tyyppinen (elektronit) tai p-tyyppinen (reikiä) materiaali. P-N-liitokset muodostavat diodien perusperiaatteen, ja niitä sekä transistoreita käytetään monissa laitteissa. Puolijohteiden ominaisuudet mahdollistavat pienikokoiset, energiatehokkaat komponentit kuten transistorit ja diodit.

Sovellukset kattavat diodit, transistorit ja integroidut piirit, joita käytetään mikrotietokoneissa, muistipiireissä sekä teho- ja tietoliikennetekniikassa. Puolijohteita hyödynnetään myös aurinkokennoissa, LED-valaisimissa sekä antureissa. Eri materiaalien band gap -koko ja muut ominaisuudet ohjaavat käyttökohteita sekä laitteen suorituskykyä.

Valmistuksessa kiteen kasvatus (esim. Czochralski- tai float-zone-prosessit), waferin valmistus, litografia, doppaus ja diffuusio sekä ohennus muodostavat laitteistojen perustan. Metallikontaktien liittäminen, testaus ja pakkaaminen viimeistelevät tuotteen.

Historiaan kuuluvat transistorin keksiminen vuonna 1947 ja integroitujen piirien kehitys 1950-luvulla, jotka mullistivat elektroniikan. Nykyään tutkimus suuntautuu uusien materiaalien, erityisesti 2D-puolijohteiden, sekä energiatehokkaiden ja kestävämpien teknologioiden kehittämiseen.