Halvleder

Halvledere er materialer, der har en elektrisk ledningsevne, der ligger mellem de ledende materialer og de isolerende. Der er ikke nogen skarp definition af, hvad en halvleder er, men det er typisk materialer med en resistivitet, der ligger i området fra ca. 10^-5 til ca. 10⁷ Ω · m.

Skiver med forskellige diametre af halvlederen silicium med silicium-chips med indlejrede komponenter, før de skilles i enkelt-chips og sættes i hvert deres hus. Overfladen man ser er ikke silicium, men derimod myriader af små ledningsbaner påført i overfladen (og også i flere underliggende lag adskilt af kvarts) af guld og aluminium. Ledningsbanerne forbinder transistorer, dioder som ligger en smule dybere – typisk under isolerende kvartslag (SiO₂) med kvartsfrie øer, hvor banerne her har elektrisk kontakt. Solceller består af en udelt skive.

En højglanspoleret siliciumskive klar til at få indlejret "forureninger" af f.eks. grundstoffer fra gruppe 13 og 16 (hovedgruppe III og VI) i flere lag, hvilket anvendes ved indlejrede komponenter som f.eks. transistorer, dioder og ledningsbaner.

Monokrystallinsk silicium-halvlederstang inden den skæres i skiver med en diamantsav og poleres.

Der er følgende kendetegn ved et rent halvledermateriale:

• Den elektriske modstand falder med stigende temperatur. (Eks. gammeldags carbon-modstande)
• Der er ingen frie valenselektroner i halvlederkrystalgitteret. Derfor den "dårlige" elektriske ledningsevne, som bliver bedre med stigende temperatur.

Halvlederformer

Den hyppigst anvendte halvlederform er krystallinsk og produceres i en halvlederstang, som efterfølgende skæres i halvlederskiver (eng. wafer). Halvlederskiven kan fx også få navn efter halvlederen fx siliciumskive (eng. siliciumwafer).

En del solceller bliver lavet af polykrystallinsk halvledermateriale.

En del solceller bliver lavet af amorft halvledermateriale.

Halvlederen silicium

De moderne halvlederkomponenter er typisk baseret på grundstoffet silicium. Det er grunden til, at man er begyndt at bruge begrebet 'halvleder' om elektroniske komponenter (diode, transistor, solcelle, computer-CPU, RAM), der er lavet af halvledende materialer.^{[bør uddybes]}

Silicium anvendes i mere end 99,9 % af halvlederkomponenterne i dag (2003).

Silicium udvindes af specielt udvalgt sand. Hovedbestanddelen i sand er SiO₂ (Siliciumdioxid, kvarts).

Andre halvledere

Der findes andre halvledere end silicium:

• Grundstofhalvledere (gruppe 14/hovedgruppe IV):
  • Germanium som blev brugt til dioder og transistorer fra december 1947 til i hvert fald 1980'erne. Nogle af de sidste germanium baserede transistorer hed f.eks. AF139, AF239, AF279, AF379. De blev anvendt til forstærkning i udvalgte VHF og UHF frekvensbånd i fjernsynsmodtagerens radioforsats. Nyfremstillede (2014) germaniumtransistorer fremstilles stadig af
  • Krystallinsk carbon (diamant i en superren form).
• Legeringshalvledere (Typisk kendetegn: Middelværdien af de 2 grundstoffers hovedgrupper giver 4):
  • Silicium og germanium (SiGe). Halvlederkomponenter baseret på SiGe anvendes til f.eks. mobiltelefoners og WLAN-korts radiosenderdel og radiomodtagerdel.
  • Silicium og carbon også kaldet siliciumkarbid. Anvendes til højeffektive robuste SMPS strømforsyninger.
  • Gallium og arsen også kaldet galliumarsenid.
  • Gallium og nitrogen også kaldet galliumnitrid. Anvendes i nye højeffektive solceller og blå og hvide lysdioder.
  • Indium og fosfor også kaldet indiumfosfid. Anvendes i lysdioder som afgiver synligt lys.
  • Kobber(I)oxid (Cu₂O) (middelværdien giver ikke 4). Nævnt i solcelle.
  • Kobber(II)oxid (CuO) (middelværdien giver ikke 4).
  • Selen legeret med?. I gamle dage (1950'erne, 1960'erne) havde radiorørsbaserede radioer og fjernsyn nogle robuste dioder kaldet selen-ensrettere.
  • En halvleder baseret på: zink, mangan og tellur. Kilde: November 10, 2003, Scientific American: Novel Semiconductor Could Soup Up Solar Cells
  • Pyrit (jerndisulfid)

Kilder/referencer

• firstprincipals.com: MESFET Technology Arkiveret 18. oktober 2003 hos Wayback Machine Citat: "...The technology is covered by U.S. Patent 6,150,680, along with four associated foreign applications. Using a unique design approach, along with variations in processing, improvements at higher voltage and power can be achieved using III–V compounds such as GaAs, InP, and potentially GaN and SiC...."
• Webarchive backup: Infineon Technologies Produces Worlds first Power Semiconductors in Silicon Carbide Citat: "...Due to its unique characteristics, the silicon carbide (SiC) material has high blocking voltage capability (up to 3500V) resulting in a higher schottky barrier, ten times higher electrical breakdown field strength, and a thermal conductivity comparable with that of copper..."
• Webarchive backup: Januar 2002, Silicon carbide moves further towards commercialization Citat: "...A 3 x 4.1 mm^2 1800 V SiC JFET die was presented with a current-carrying capability of 15 A at an on-state voltage of just 2 V. ...Of the bipolar devices reported at the conference, the most impressive results came from Cree, which announced 10 kV, 200 A pulsed power performance from a 3 x 3 mm 4H-SiC pin diode. ..."
• Webarchive backup: AVTech: The Unusual Diode FAQ – IV.2 – Selenium and Copper Oxide diodes
• The Road to the Transistor, By Jed Margolin Citat: "...The copper oxide rectifier was invented in 1927 by L.O. Grondahl and P.H. Geiger...The selenium rectifier was invented in 1933 by C.E. Fitts..."

1. radiomuseum.org: AF279 Arkiveret 3. november 2013 hos Wayback Machine Bemærk at der er tale om en transistor - ikke et rør, selvom der står eng. tube.
2. radiomuseum.org: AF379 Arkiveret 25. september 2020 hos Wayback Machine Bemærk at der er tale om en transistor - ikke et rør, selvom der står eng. tube.
3. Semiconductor Supplier | Transistors, Diodes, LEDs, Rectifiers, MOVs

Se også

• Topsil
• Superleder
• Elektrisk leder
• Elektrisk isolator
• Elektricitet
• Elektrisk ledning
• Elektrisk kabel

Eksterne henvisninger

• Wikimedia Commons har flere filer relateret til Halvleder
• 5. General Aspects of Silicon (da. Silicium) Technology
• The CPU Explained: From Sand to Chip Arkiveret 31. august 2003 hos Wayback Machine
• Webarchive backup: Posted: Sept. 27, 2000, Semiconductor Manufacturing, Peter Dunn, FACSNET High Tech Adviser
• 25 August, 2004, BBC News: Door open for silicon replacement Citat: "...Previous research has already shown that even at red-hot temperatures as high as 650C (1,202F), silicon carbide devices can function unperturbed and without the need for cooling....One exciting application for silicon carbide could be in deep-space missions, where nuclear power would be needed for the craft. Radiation-hardened silicon carbide devices would reduce the shielding needed to protect reactor control electronics..."
  • 2001, purdue.edu: Lateral power MOSFETs in silicon carbide Citat: "...silicon carbide is considered to be the material of choice for power switching electronics in the future...we present the first lateral power devices on a semi-insulating vanadium doped substrate of silicon carbide. The first generation of lateral DMOSFETs in 4H-SiC yielded a blocking voltage of 2.6 kV..."