מה זה מוליך למחצה?

מוליך למחצה הוא חומר שיש לו תכונות ייחודיות מסוימות באופן בו הוא מגיב לזרם חשמלי. זהו חומר בעל התנגדות נמוכה בהרבה לזרימה של זרם חשמלי בכיוון אחד מאשר בכיוון אחר. המוליכות החשמלית של מוליך למחצה היא בין מוליך טוב (כמו נחושת) לזה של מבודד (כמו גומי). מכאן שהשם מוליך למחצה. מוליך למחצה הוא גם חומר אשר ניתן לשנות את המוליכות החשמלית שלו (המכונה סימום) באמצעות וריאציות בטמפרטורה, שדות מיושמים או הוספת זיהומים.

אמנם מוליכים למחצה אינם המצאה ואף אחד לא המציא את המוליכים למחצה, אך ישנן המצאות רבות שהן התקני מוליכים למחצה. גילוי חומרים מוליכים למחצה מביא להתקדמות אדירה וחשובה בתחום האלקטרוניקה. היינו זקוקים למוליכים למחצה למזעור של מחשבים וחלקי מחשב. היינו זקוקים למוליכים למחצה לייצור חלקים אלקטרוניים כמו דיודות, טרנזיסטורים ורבים תאים פוטו וולטאיים.

חומרים מוליכים למחצה כוללים את היסודות סיליקון וגרמניום, והתרכובות גליום ארסניד, עופרת סולפיד או אינדיום פוספיד. ישנם הרבה מוליכים למחצה אחרים. אפילו פלסטיקים מסוימים יכולים להיות מוליכים למחצה, ומאפשרים דיודות פולטות אור מפלסטיק (LED) גמישות וניתן לעצב אותן לכל צורה רצויה.

לדברי ד"ר קן מלנדורף ב שאל ניוטון מדען:

'סמים' הוא הליך שהופך מוליכים למחצה כמו סיליקון וגרמניום מוכנים לשימוש בדיודות וטרנזיסטורים. מוליכים למחצה בצורתם הלא מפותחת הם למעשה מבודדי חשמל שאינם מבודדים היטב. הם יוצרים תבנית גבישית שבה לכל אלקטרון יש מקום מוגדר. לרוב חומרי המוליכים למחצה יש ארבעה אלקטרונים לערכיות, ארבעה אלקטרונים במעטפת החיצונית. על ידי הצבת אחוז אחד או שניים מהאטומים עם חמישה אלקטרונים ערכיים כמו ארסן עם מוליך למחצה אלקטרון של ארבעה ערכים כמו סיליקון, קורה משהו מעניין. אין מספיק אטומי ארסן כדי להשפיע על מבנה הגביש הכללי. ארבעה מתוך חמשת האלקטרונים משמשים באותה תבנית כמו לסיליקון. האטום החמישי לא מתאים למבנה. הוא עדיין מעדיף לתלות ליד אטום הארסן, אך הוא לא מוחזק בחוזקה. קל מאוד לשחרר אותו ולשלוח אותו בדרכו דרך החומר. מוליך למחצה מסומן דומה הרבה יותר למוליך מאשר למוליך מוליך למחצה. אתה יכול גם לסנוט מוליך למחצה עם אטום של שלושה אלקטרונים כמו אלומיניום. האלומיניום משתלב במבנה הגביש, אך כעת חסר במבנה אלקטרון. זה נקרא חור. לגרום לאלקטרון סמוך לעבור לחור זה כמו לגרום לחור לזוז. הצבת מוליכים למחצה מסוממת אלקטרונית (סוג n) עם מוליכים למחצה מסוממת חור (p-type) יוצרת דיודה. שילובים אחרים יוצרים מכשירים כמו טרנזיסטורים.

לראשונה השתמש במונח "מוליכים למחצה" אלסנדרו וולטה בשנת 1782.

מייקל פאראדיי היה האדם הראשון שצפה באפקט מוליכים למחצה בשנת 1833. פאראדיי ציין כי ההתנגדות החשמלית של סולפיד כסוף פחתה עם הטמפרטורה. בשנת 1874, קארל בראון גילה ותיעד את האפקט הראשון של מוליכים למחצה מוליכים למחצה. בראון ציין כי זרם זורם בחופשיות לכיוון אחד בלבד במגע בין נקודת מתכת לגביש גלנה.

בשנת 1901, נרשם פטנט על מכשיר המוליכים למחצה הראשון, המכונה "פוחשי חתול". המכשיר הומצא על ידי יגאדיס צ'נדרה בוס. שפם חתולים היה מיישר מוליכים למחצה במגע עם נקודה המשמש לאיתור גלי רדיו.

טרנזיסטור הוא מכשיר המורכב מחומר מוליכים למחצה. ג'ון ברדן, וולטר בראטיין וויליאם שוקלי המציאו כולם יחד טרנזיסטור בשנת 1947 במעבדות בל.

• המעבדה הארצית בארגונה. "NEWTON - תשאל מדען." ארכיון האינטרנט, 27 בפברואר 2015.