Halfgeleider (vastestoffysica)

Een halfgeleider is een stof die qua elektrische geleiding het midden houdt tussen een goede elektrische isolator, zoals kwarts of aluminiumoxide, en matige elektrische geleiders zoals halfmetalen als tin en lood. Qua elektronenstructuur is een halfgeleider eigenlijk een isolator, met een forse bandkloof van tussen de 1 eV tot 5 eV tussen de bovenkant van de valentieband en onderkant van de geleidingsband. Maar hij is veel gemakkelijker tot geleiding te krijgen dan een goede isolator, waarbij bovendien de elektrische eigenschappen goed manipuleerbaar zijn, bijvoorbeeld door sporen van andere stoffen toe te voegen, de temperatuur te wijzigen of door de stof al dan niet bloot te stellen aan direct zonlicht of voldoende daglicht.

Halfgeleiders als silicium, germanium en galliumarsenide kunnen, afhankelijk van de ligging van het fermi-niveau binnen de bandkloof en de toegevoegde sporen van andere chemische elementen, van het n-type of van het p-type zijn. Een n-type halfgeleider heeft zijn fermi-niveau vlak onder de geleidingsband van de halfgeleider liggen. Bij een p-type halfgeleider ligt het fermi-niveau vlak boven de valentieband van de halfgeleider. Door een spoortje aluminium of fosfor aan silicium toe te voegen kunnen p- of n-type silicium halfgeleidermaterialen gemaakt worden. Met halfgeleiders kunnen allerlei elektronische componenten worden gemaakt. Elektronici noemen dergelijke halfgeleidercomponenten meestal "halfgeleiders".

Vanuit het standpunt van de toepassingen in de elektronica zijn de vier kenmerkende eigenschappen van halfgeleiders:^[1]

• fotogeleiding: toenemende elektrische geleidbaarheid onder invloed van licht; en nauw hiermee verwant, het led-effect.
• fotovoltaïsch effect: creatie van een elektrische spanning door lichtinval;
• thermistor-effect: verandering van de elektrische weerstand bij toenemende temperatuur;
• gelijkrichting: verschillende geleidbaarheid naargelang van de richting van de elektrische stroom.

1. ↑ Morris, P. R., "A History of the World Semi-Conductor Industry," History of Technology Series 12, herdrukt door de Institution of Engineering and Technology (Londen) 2008, p.13.