Puolijohde

Puolijohde on materiaali, joka johtaa sähköä paremmin kuin eriste, mutta huonommin kuin metallit. Se on kiinteä aine, jossa olennaisesti täynnä olevan valenssivyön ja tyhjän johtavuusvyön välinen energiaero on noin 1 eV.

Kiinteässä aineessa elektronit voivat olla joko valenssivyöllä tai johtavuusvyöllä. Näiden välissä on niin sanottu kielletty energiavyö, jossa elektronit eivät voi olla. Sähkövirran kuljetukseen osallistuvat vain elektronit, jotka ovat vajaasti täytetyllä vyöllä. Jos valenssivyö on täynnä, virtaa kuljettavat vain johtavuusvyöllä olevat elektronit. Puolijohteessa johtavuusvyö kylmässä on tyhjä, joten matalissa lämpötiloissa puolijohde toimii eristeenä, mutta huoneenlämmössä lämpövärähtelyt nostavat elektroneja valenssivyöstä johtavuusvyöhön ja puolijohde toimii johteena. Myös lisäämällä puolijohteeseen epäpuhtauksia voidaan sähkönjohtavuutta nostaa. Puolijohteita ovat puolimetalleiksi luokitellut alkuaineet ja useat niitä sisältävät yhdisteet. Teknisesti tärkeimmät puolijohteet ovat pii, germanium sekä jaksollisen järjestelmän III ja V ryhmän alkuaineiden yhdisteet (III-V -puolijohteet) kuten galliumarsenidi.

Puolijohteet ovat erittäin hyödyllisiä elektroniikassa, koska niiden ominaisuuksia voidaan muuttaa helposti lisäämällä aineeseen epäpuhtauksia pieninä määrinä. Nämä epäpuhtaudet lisäävät joko elektronien tai aukkojen määrää.

Puolijohdetyypit ja -komponentit

N-tyyppisiä puolijohteita saadaan lisäämällä rakenteeseen atomeja (esimerkiksi As), joilla on enemmän valenssielektroneja kuin isäntäatomeilla (tässä Si). Tällöin ylimääräiset elektronit voivat johtaa sähköä.

P-tyyppinen puolijohde saadaan lisäämällä rakenteeseen atomeja (esimerkiksi B), jolla on vähemmän valenssielektroneja kuin isäntäatomeilla (tässä Si). Tällöin muodostuvat positiiviset aukot toimivat varauksen siirtäjinä. Piissä aukot ovat varauksensiirtäjinä hitaampia kuin elektronit.

Yhdistepuolijohteet ovat kahden tai useamman alkuaineen yhdisteitä, jotka yhdessä toimivat puolijohteena. Niitä käytetään usein LEDeissä, koska niillä on mahdollista tuottaa ihmissilmälle näkyvän valon aallonpituuksia. Joistakin yhdistelmäpuolijohteista pystyy valmistamaan pii- ja germaniumpuolijohteita nopeampia transistoreita. Esimerkiksi galliumarsenidi, galliumarsenidifosfidi, galliumfosfidi, galliumantimonidi, indiumarsenidi, indiumfosfidi ja indiumantimonidi ovat yhdistepuolijohteita.

Puolijohdekomponentteja: diodi, LED (valodiodi), transistori, tyristori, mikropiiri, diac, triac, aurinkokenno

Katso myös

• Puolijohdeteollisuus
• Piikiekko

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Puolijohde Wikimedia Commonsissa