Полупроводники являются одним из самых важных искусственных материалов в мире. Они находят широкое применение в электронике, включая твердотельные приборы, такие как диоды, транзисторы, счётчики, фоточувствительные элементы и многое другое. Вот почему важно знать, откуда происходит название полупроводников.
Название "полупроводник" объединяет в себе два слова: "полу" и "проводник". Что же это означает и как это связано с самим материалом?
В качестве примера можно сравнить полупроводники с металлами и изоляторами, которые представляют собой другие типы материалов. Металлы обычно отличаются хорошей проводимостью электричества (благодаря большому количеству свободных электронов). Изоляторы, наоборот, характеризуются плохой проводимостью (поскольку внутренняя структура атомов предотвращает передачу электронов).
Полупроводники, как можно догадаться, находятся между этими двумя крайностями. Они обладают некоторыми свойствами металлов и некоторыми свойствами изоляторов. В частности, они проводят электричество, когда имеют возможность свободно передвигаться электроны, а в других случаях (когда у них нет свободных электронов) они становятся изоляторами, не способными проводить электричество.
Одной из основных причин вызова этого явления является особенность структуры атомов в полупроводниковых материалах. С точки зрения электричества, атом представляет собой центр с положительным зарядом, окружённый отрицательно заряженными электронами (в электрическом плане атомы - нейтральные частицы). В полупроводниках атомы располагаются так, что их электроны могут передвигаться между локализованными "энергетическими уровнями" (они находятся на разной высоте). Это создает зону, где, при определенных условиях, электроны могут передвигаться свободно, как в металлах. Но когда энергия не позволяет электронам покинуть свой "энергетический уровень", они становятся локализованными и не могут передавать электричество. Это режим, близкий к изоляторам.
Таким образом, полупроводники - это материалы, которые могут выступать как проводники и изоляторы в зависимости от того, сколько свободных электронов у них есть. Эта "полу-" характеристика и объясняет название материала - полупроводник.
Сам термин был введен в начале 20-го века. В 1906 году немецкий физик Джон Бардин впервые использовал термин "poluprocessor" (по-немецки "Halbleiter") для описания свойств кристаллов, которые обладали уникальными свойствами передачи и блокировки электрического тока. Эти свойства были изучены различными учеными вплоть до 1930-х годов, когда была изобретена кремниевая лента, которая стала прародителем полупроводниковой промышленности.
Во время Второй мировой войны разработка твердотельной электроники получила значительный толчок. В 1947 году в Bell Labs в Нью-Джерси возник первый транзистор, который стал прорывом в развитии электроники. По сравнению с электронными лампами, которые были широко используются в технологии того времени, полупроводниковые транзисторы были компактнее, энергоэффективнее и надежнее.
Сегодня полупроводники используются в широком диапазоне устройств и систем, включая компьютеры, мобильные телефоны, планшеты и многие другие. Мощность, масштабируемость и эффективность полупроводников делают их основой современной технологии. Важно отметить, что в настоящее время много исследований проводится в сфере экологической инициативы для снижения уровней загрязнения окружающей среды в процессе производства полупроводников.
Таким образом, "полупроводник" - это материал, обладающий способностью изменять свои свойства проводимости под воздействием разных условий, таких как тепловое или световое воздействие. Это позволяет использовать этот материал для создания электронных устройств и систем, которые мы используем в повседневной жизни. Именно от того, что полупроводники находятся "полу-" в проводящей способности, их название и произошло.