Úvod do polovodičov

 Objav polovodičov sa počíta medzi veľké objavy súčasnej doby. Celým generáciám zostávali utajené mnohé výborné vlastnosti polovodičov, ktoré umožňujú ich súčasné mnohostranné využitie. V elektronike tvoria základ každej technológie, ale ich použitie je nevyhnutnosťou aj v elektrotechnike, zobrazovacej technike, v solárnych článkoch, fotočlánkoch, atómových batériach a podobne. Na pochopenie možného využitia polovodičov pre vytváranie súčiastok je nevyhnutné získať základné poznatky o elektrónovej štruktúre polovodičov.
 Polovodič je materiál, ktorý sa zaraďuje elektrickou vodivosťou medzi vodiče (elektricky vodivé látky) a nevodiče (elektricky nevodivé látky). Jeho vodivosť sa silne mení s teplotou, dopadajúcim svetlom, usporiadaním kryštalickej mriežky a s obsahom prímesí.
 V tuhých látkach sú viazané jednotlivé atómy navzájom do kryštalickej mriežky s viac či menej rozsiahlou usporiadanosťou. Elektróny s najmenšou väzbovou energiou sú valenčné elektróny, nachádzajú sa na poslednom orbitáli. Každý elektrónový orbitál má vlastnú energiu. Na jednom orbitáli sú maximálne dva elektróny. Ich energia vytvára valenčné pásmo, v animácii nazývané tzv. zaplnené energetické pásmo. Niektoré elektróny sa od jadra uvoľnia, preskočia do vodivostného pásma a začnú sa tam voľne pohybovať. Na odtrhnutie elektrónu od jadra bolo potrebné vynaložiť nejakú energiu, ktorá predstavuje energetickú medzeru medzi pásmom. Šírka zakázaného pásma určuje aj pravdepodobnosť, že sa za danej teploty dokáže odtrhnúť dostatočné množstvo elektrónov, čiže určuje elektrickú vodivosť danej látky. U vodičov (zväčša kovov) je šírka zakázaného pásma nulová, valenčné a vodivostné pásmo sa prekrývajú. U nevodičov (izolantov) je táto šírka veľká (3-4 eV).
 Výhoda polovodičov je, že dokážu viesť veľké prúdy a majú dosť malý odpor aj pri veľkých teplotách.

 Niektoré z významných vlastností polovodičov boli známe už pomerne dávno. Fotoelektrické vlastnosti selénu sa vyšetrovali už v 60. rokoch 19. storočia. Koncom 19. a začiatkom 20. storočia sa vyšetrujú vlastnosti polárnych polovodičov a usmerňovacie účinky niektorých oxidov. Z Cu₂O sa r. 1926 vyhotovil prvý technický upotrebiteľný usmerňovač. Z toho istého polovodiča sa r. 1932 vyrobil aj fotočlánok. Napriek týmto sporadickým úspechom sa vlastné dejiny polovodičov začínajú fakticky až v polovici 20. storočia, keď sa bezpečne zistilo, že prvým predpokladom praktického upotrebenia polovodičových materiálov, najmä chemických jedincov, je takmer dokonalá čistota, a keď sa podarilo vypracovať vhodnú technológiu dvoch súčasne najvýznamnejších polovodičov: kremíka a germánia.
 Obrovský rozvoj v technickej aplikácii polovodičov nastal od r. 1948, keď vyhotovili prvý tranzistor (aktívna polovodičová súčiastka prevažne s tromi elektródami, ktorá slúži na spracovanie signálov, napr. generovanie, resp. zosilnenie elektrických signálov, premenu neelektrických signálov na elektrické a pod.).

 Odpoveď na túto otázku sa komplikovala tým viac, čím viac sa polovodiče preskúmali. Na začiatku polovodičovej éry stačilo povedať, že polovodič je materiál s elektrickou vodivosťou medzi kovom a izolantom. Neskôr, keď sa zistila vzájomná súvislosť vlastností polovodiča s periodickosťou (t.j. kryštalickosťou) látky, z ktorej vyplynul tzv. model pásmového spektra elektrónov, bolo možné definovať polovodič presnejšie.
 Typické polovodiče tvorené jedným prvkom (elementárne polovodiče) sú zo IV. skupiny periodickej tabuľky prvkov: Kremík, Germánium, Uhlík a Selén. Keď sa spoja atómy, kde majú elektróny rôzne potenciálové hladiny, v zlúčenine alebo zliatine (tuhej zmesi), môžu vzniknúť efekty, ktoré pri jednoduchých polovodičoch nie sú možné. Podstatné však je, aby bola zachovaná dokonalá kryštalická mriežka. Podľa počtu prvkov v kompozitnom polovodiči hovoríme o binárnych (2), ternárnych (3) a kvaternárnych (4) kompozitoch. V nasledujúcej tabuľke uvádzame iba niektoré z najvýznamnejších: