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Warum werden bei Chips (oder der Elektronikfertigung) Halbleiter anstelle von Leitern verwendet?

Halbleiter sind zu einem wichtigen Bestandteil des Lebens geworden und ihre Verwendung ist allgegenwärtig.Ohne Halbleiter gäbe es kein Radio, keine Computer, keine Mobiltelefone, keine Fernseher, keine Waschmaschinen, keine Videospiele und schon gar keinen 3D-Druck, kein autonomes Fahren, keine intelligente Medizin oder Photovoltaik.Die rasante Entwicklung des Internets der Dinge hat auch Halbleiter noch vielseitiger gemacht.

Obwohl sie sich auf die Vakuumröhrentechnologie verlassen (Vakuumröhren, auch Elektronenröhren genannt, wurden aus Gründen hoher Kosten, mangelnder Haltbarkeit, Größe und geringer Effizienz durch Halbleiter ersetzt, mit Elektroden und Glühfäden im Inneren, die leitend sind), waren es viele elektronische Geräte erstellt.Rückblickend auf die Zeit der Vakuumröhre enthielten Fernseher, Phonographen und Radios alle Vakuumröhrenschaltkreise, die bei jedem Einschalten mehrere Minuten zum Aufwärmen benötigten und äußerst instabil waren.In den letzten 60 Jahren hat die Halbleitertechnologie dafür gesorgt, dass Geräte schneller, kleiner und stabiler werden.

Warum also für die Herstellung dieser elektronischen Geräte Halbleiter anstelle von Leitern verwenden?

Was sind Halbleiter?Ein Halbleiter ist ein Material, das Elektrizität zwischen einem Leiter (normalerweise ein Metall) und einem Isolator (meist Keramik) leitet.Halbleiter können reine Elemente (Silizium oder Germanium) oder Verbindungen (Galliumarsenid oder Cadmiumselenid) sein.Beim Dotieren werden dem reinen Halbleiter geringe Mengen an Verunreinigungen hinzugefügt, was zu einer deutlichen Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit des Materials führt.

Die meisten elektronischen Geräte werden auf der Basis von Transistoren hergestellt, die wiederum Funktionen wie Verstärkung, Oszillatoren und Arithmetik ausführen, die alle von Halbleitern übernommen werden.

Warum also Halbleiter und nicht Leiter?

Da Halbleiter über ein breites Spektrum an Leitfähigkeiten verfügen, weisen Leiter nur sehr hohe Leitfähigkeiten auf, die im Alltag nicht immer erforderlich sind.Mit Halbleitern und entsprechender Dotierung kann die Leitfähigkeit je nach Bedarf verändert werden.Gleichzeitig ist es nicht möglich, Leiter zu dotieren, da ihre unkontrollierbare Natur es unmöglich macht, genau das zu erreichen, was benötigt wird (stellen Sie sich vor, Leiter haben eine große Anzahl von Ladungsträgern und die Dotierung hat nur geringe Auswirkungen).

Unter der Annahme, dass die Punkte A und B in einem Stromkreis durch einen Leiter verbunden sind, liegt zwischen ihnen eine Spannung an und es fließt Strom zwischen den beiden Punkten.Es gibt hier keine Möglichkeit, den Stromfluss zu steuern.Wenn umgekehrt die Punkte A und B durch einen Isolator verbunden sind, fließt kein Strom und es kann wenig getan werden, um den Stromfluss zu ermöglichen (es sei denn, die Spannung wird auf ein unvorstellbares Niveau erhöht).

Wenn jedoch ein Transistor zwischen den Punkten A und B verwendet wird, bietet er eine leistungsstarke Methode zur Stromsteuerung.Der Transistor sitzt zwischen den Punkten A und B und fügt einen neuen Punkt C hinzu, sodass das Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen den Punkten C und B dazu führt, dass der Strom zwischen A und B zu fließen beginnt. Dies kann bei sehr niedrigen Spannungen (unter 5 Volt) durchgeführt werden ) und geringe Ströme (geringer Stromverbrauch).Es ist nicht möglich, nur Leiter oder Isolatoren zu verwenden.Da Leiter immer leitend sind, leiten Isolatoren niemals und nur Halbleiter können öffnen und schließen.

Ohne extreme Spieler in Betracht zu ziehen (manche würden sagen, such dir ein Tigerjunges aus), würden sich die meisten Menschen für eine Katze entscheiden.Würden Sie sich für extreme Spieler für einen großen Tiger entscheiden?Der offensichtliche Grund ist: unkontrollierbar und wild.Es ist einem Leiter und einem Halbleiter sehr ähnlich.

Tiger = Leiter (keine Kontrolle über die Leitfähigkeit)

Cat = Halbleiter (Leitfähigkeit kann durch Dotierung gesteuert werden)

Die Welt der Wissenschaft ist streng und jede Technologie, die nicht kontrollierbar ist, wird nicht von Dauer sein.