Hoe werkt geleiding?
In een geleider als koper bewegen elektronen vrij. In een isolator zijn alle elektronen gebonden. In een halfgeleider (silicium, germanium) zitten de elektronen vast, maar bij voldoende energie — warmte, licht of een aangelegd veld — springen er een paar over een kleine "band gap" en worden vrij. Hoe meer energie, hoe beter de geleiding.
Doping
Door minuscule hoeveelheden van een ander element toe te voegen, verandert de geleidbaarheid drastisch:
- n-type — doping met fosfor (5 valentie-elektronen) levert een overschot aan elektronen.
- p-type — doping met boor (3 valentie-elektronen) creëert "gaten" die als positieve ladingdragers werken.
De p-n-overgang
Wanneer je p-type en n-type silicium tegen elkaar legt, ontstaat een grensgebied dat stroom maar in één richting doorlaat — een diode. Twee gestapelde overgangen vormen een transistor, de schakelaar in elk chip. Een moderne CPU bevat miljarden transistoren, elk maar enkele nanometers groot.
Toepassingen
- Microchips (computerprocessoren, geheugen).
- Zonnecellen — licht bevrijdt elektronen in een p-n-overgang.
- LED's — elektronen die de overgang oversteken zenden licht uit.
- Sensoren voor licht, temperatuur en druk.