Toestaan

LuxImprove.com maakt gebruik van cookies.

LuxImprove.com plaatst cookies om het gebruik van de website te analyseren en om het mogelijk te maken inhoud via social media te delen. De website maakt ook gebruik van functies van derden die mogelijk cookies kunnen plaatsen. Door deze melding weg te klikken of gebruik te blijven maken van de site stemt u in met het plaatsen hiervan. In ons privacy statement leest u hier meer over. 

LuxImprove.com maakt gebruik van cookies.

U gaat akkoord door deze website te gebruiken.

Lees meer >

Wat is een semiconductor, ofwel halfgeleider?

Veelgestelde vragen

Een semiconductor, ofwel een halfgeleider, is een stof waarbij het zogeheten Fermi-niveau tussen twee energiebanden in ligt. Het gebied tussen deze banden is niet veel breder dan de thermische energie van de elektronen.

Dat klinkt misschien wat complex. Waar het op neerkomt is dat verschillende objecten een halfgeleider kunnen zijn. We zien ze terug in zonnecellen, maar ook Light Emitting Diodes (led’s) zijn halfgeleiders.

Materialen van halfgeleiders

Er zijn diverse soorten grondstoffen die worden toegepast in halfgeleiders. De meest gebruikte grondstoffen voor halfgeleiders zijn silicium, germanium en koolstof.

Over het algemeen wordt silicium het meest gebruikt aangezien deze stof het zuiverst is.

Hoe een halfgeleider werkt

De halfgeleidergrondstofatomen bevatten in de buitenste elektronenring vier elektronen. Het atoom wil de elektronenschil vol hebben en vormt zodoende als het ware een ‘rooster’. Het is niet zo dat er vrij bewegende elektronen zijn op dit moment, er is dus geen stroomgeleiding.

Om het siliciumkristal van zijn isolerende eigenschap te ontdoen wordt een kleine verontreiniging toegevoegd, zodat het gedrag van silicium verandert. Het gevolg: de halfgeleider is gemaakt!

Wat voor een verontreiniging wordt er dan toegevoegd?  Er wordt bijvoorbeeld forsor of arseen toegevoegd, dit zijn atomen met 5 elektronen. Door deze atomen toe te voegen aan het siliciumrooster ontstaan er vrije elektronen. Een dergelijke verontreiniging heet het N-type.

Een halfgeleider is elektrisch neutraal, dus wordt er nog een ander soort atoom toegevoegd aan de buitenste schil. Namelijk een atoom met 3 elektronen, zoals boor of gallium. Door de toevoeging van deze verontreiniging wordt de lading als geheel weer neutraal. Dit type verontreiniging heet het P-type.

Simpel gezegd heeft een halfgeleider dus een negatieve en een positieve zijde. De negatieve zijde heeft extra elektronen en de positieve zijde heeft extra positief geladen deeltjes. Als je vervolgens een batterij zou aansluiten op het N-type (negatieve materiaal) en de positieve kant aan het P-type materiaal, dan beginnen de negatieve elektronen en positieve deeltjes naar elkaar toe te bewegen. Vervolgens komt een negatief elektron in aanraking met een positief deeltje. Het verliest daarmee energie in de form van een foton. Fotonen vormen samen een lichtstraal.

Geschiedenis van de semiconductor

Radiopionier Henry Joseph Round ontdekte in 1907 dat het contactpunt van een kristaldetector licht kan geven. Daarnaast merkte hij op dat verschillende spanningen en materialen verschillende kleuren kunnen leveren. Pas twintig jaar later, in 1927, publiceerde de Russische wetenschapper Oleg Losev de details over wat men kan beschouwen als de eerste LED. Losev vroeg hiervoor een octrooi aan. Zijn werk bleef echter onopgemerkt en hij kwam om tijdens het Beleg van Leningrad.

Het duurde tot 1962 voordat de led echt doorbrak. In dat jaar ontwikkelde Nick Holonyak een werkende led.

De led als halfgeleider

Een led is dus een halfgeleider die licht creëert als er een elektrische stroom in de doorlaatrichting doorheen loopt. Deze diode wordt ingebouwd in een kleine, doorzichtige behuizing die tevens dienst doet als lens. 

Gerelateerde artikelen: 
Terug naar kennisbank