thumb|right|Fotografia d'un transistor, exemple de compausat electronic fòrça important dins la societat modèrna qu'es fabricat a partir de semiconductors.
Un semiconductor es un materiau que condutz imperfectament l'electricitat. Presenta lei caracteristicas generalas d'un isolant mai sa resistivitat demenís se sa temperatura aumenta. Aquela caracteristica es fòrça importanta dins lo domeni de l'electronica.
Certanei compausats purs, dichs « semiconductors intrinsècs », son de semiconductors naturaus. Sensa apòrt d'energia, an una resistivitat importanta. Pasmens, quand la temperatura aumenta, l'agitacion termica vèn sufisenta per arrancar d'electrons perifericas ais atòms que lo compausan e engendrar un corrent electric. La preséncia d'impuretats e d'efiechs fisics, coma un camp electric ò un camp magnetic, pòdon favorizar mai la demenicion de la resistivitat e modular lei proprietats dau materiau. Segon la natura deis impuretats, se destrian : lei semiconductors de tipe N que contènon un excès d'electrons. lei semiconductors de tipe P que contènon un excès de lacunas electronicas. La juxtaposicion de dos semiconductors de tipes diferents permet de realizar un materiau onte leis electrons presents en excès dins lo semiconductor de tipe N passan vèrs lo semiconductor de tipe P. Aqueu principi explica l'importància dei semiconductors dins la societat modèrna car permet la fabricacion dei diòdes e dei transistors.
Lo silici e lo germani son lei dos elements de basa que permèton la fabricacion de semiconductors. Leis impuretats integradas dedins son pus variadas mai d'elements coma l'arsenic, l'antimòni, lo galli ò l'indi son sovent utilizats.
Istòria
Lei trabalhs precursors
thumb|right|Retrach de Karl Ferdinand Braun, precursor major dei recèrcas sus lei semiconductors.
Lei trabalhs aguent permés la descubèrta e lo desvolopament dei semiconductors foguèron iniciats durant la premiera mitat dau sègle XIX. D'efiech, la premiera observacion coneguda d'un fenomèn causat per un semiconductor foguèt l'òbra dau fisician Thomas Johann Seebeck (1770-1831) en 1821(de) Thomas Johann Seebeck, « Magnetische Polarisation der Metalle und Erze durch Temperatur-Differenz », Abhandlungen der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, 1822, pp. 265-373.Alessandro Volta (1745-1827) aviá observat lo fenomèn en 1794. Pasmens, l'aviá pas explicat ((en) Christophe Goupil, Henri Ouerdane, Knud Zabrocki, Wolfgang Seifert, Nicki Hinsche e Eckhard Müller, « Thermodynamics and thermoelectricity », dins Christophe Goupil (dir.), Continuum Theory and Modeling of Thermoelectric Elements, Wiley-VCH, 2016, pp. 2-3).. Puei, en 1833, lo Britanic Michael Faraday (1791-1867) mesurèt una demenicion de la resisténcia electrica dins de mòstras de sulfur d'argent somesas a una aumentacion de la temperatura(en) Michael Faraday, M. Experimental Researches in Electricity, vol. 1, Richard and John Edward Taylor, 1839, pp. 122-124.. Un an pus tard, lo fisician francés Jean-Charles Peltier (1785-1845) descurbiguèt un autre efiech termoelectric en estudiant la joncion de dos conductors diferents(fr) Jean-Charles Peltier, « Nouvelles expériences sur la caloricité des courants électrique », Annales de Chimie et de Physique, vol. 56, 1834, pp. 371-386.. Enfin, en 1839, Edmond Becquerel (1820-1891) publiquèt de resultats d'experiéncias mostrant un liame entre lo passatge d'un corrent electric entre un solid e un electrolit liquid e la preséncia de lutz (efiech fotovoltaïc)(fr) Daniel Lincot, « Lumière du ciel, énergie de la Terre. La conversion photovoltaïque au service des hommes », Raison présente, vol. 196, n° 4, 2015, pp. 27–37.. Pasmens, aquelei descubèrtas demorèron de curiositats scientificas car lei sabers dau periòde èran insufisents per leis explicar.
Dins aquò, durant la segonda mitat dau sègle XIX, lei descubèrtas contunièron de se multiplicar. Per exemple, en 1873, Willoughby Smith (1828-1891) demostrèt que la resisténcia electrica de mòstras de selèni demenissiá en preséncia de lutz(en) Willoughby Smith, « Effect of Light on Selenium During the Passage of an Electric Current », Nature, vol. 7, n° 173, 1873, p. 303.. L'an seguent, lo fisician alemand Karl Ferdinand Braun (1850-1918) estudièt lei proprietats de conduccion electrica de divèrsei sulfurs metallics semiconductors. De mai, observèt lo comportament de redreçaire d'aquelei materiaus. Un fenomèn similar foguèt depintat, totjorn en 1874, per Arthur Schuster (1851-1934) a partir de mesuras realizadas sus de fius de coire oxidats.
La descubèrta de l'electron en 1897 permetèt la formulacion dei premierei teorias modèrnas de la conduccion electrica. Durant leis ans 1910, aquelei modèls e lei resultats experimentaus menèron a la definicion de tres categorias de materiaus : lei conductors electrics, lei semiconductors e leis isolants. Utilizat dins una tèsi en 1910, lo mot « semiconductor » s'impausèt au detriment d'autrei tèrmes coma « conductor variable » prepausat per l'Alemand Johann Koenigsberger (1874-1946)(en) G. Busch, « Early history of the physics and chemistry of semiconductors-from doubts to fact in a hundred years », European Journal of Physics, vol. 10, n° 4, 1989, pp. 254–264..
Lei premiers transistors
thumb|right|Fotografia de John Bardeen, William Shockley e de Walter Houser Brattain en 1948.
Se lo premier aparelh foncionant amb de semiconductors foguèt concebut en 1874 per Karl Ferdinand Braun(de) Hans-Erhard Lessing, « Großvater des Chips – Ferdinand Brauns Leben zwischen Halbleiter und Wirtschaftskrieg », Die Zeit, n° 24, 2000., la recèrca vertadiera d'aplicacions comencèt avans la Segonda Guèrra Mondiala (1939-1945)En 1880 e 1940, i aguèt plusors recèrcas implicant de semiconductors. D'efiech, se la natura d'aquelei materiaus èra pas compresa, èra possible d'establir empiricament sei proprietats. Ansin, Alexander Graham Bell (1847-1922) utilizèt un materiau semiconductor a basa de selèni per concebre lo fotofòn, un sistèma permetent de transmetre un senhau luminós a 200 m, en 1880. En 1883, Charles Fritts (1850-1903) realizèt una cellula solara foncionala. En 1906, Henry Joseph Round (1881-1966) observèt lo principi de foncionament dau diòde electroluminescent. Pasmens, a aquela epòca, aquelei descubèrtas avián pas d'interès per l'industria.. En particular, dins lo domeni militar, permetèron la fabricacion de sistèmas de deteccion de naviris, de sosmarins e d'avions e de sistèmas de comunicacion. Aquò favorizèt tanben lei recèrcas sus l'elaboracion dau silici.
Lo melhorament de la qualitat dau silici disponible foguèt un element fondamentau per lo desvolopament de l'electronica, domeni tecnic aparegut a partir deis ans 1920. Tre aquela epòca, lei detectors e lei redreçaires èran de compausants interessants mai lo concèpte d'amplificator pareissiá pus prometeire car permetiá de transformar un sinhau electric. Lo Sovietic Oleg Losev (1903-1942) foguèt probablament lo premier que construguèt un amplificator operacionau en 1922 mai foguèt tuat en 1942 durant lo sètge de Leningrad(ru) А. Г. Остроумов e А. А. Рогачев,. О. В. Лосев - пионер полупроводниковой электроники. — Физика: проблемы, история, люди, Наука, 1986, pp. 183—217.. Puei, una etapa importanta aguèt luòc entre 1939 e 1941 amb la concepcion e l'observacion de la premiera joncion P-N per lo fisician Russell Ohl (1898-1987)(en) M. Riordan e L. Hoddeson, « The origins of the pn junction », IEEE Spectrum, junh de 1997, pp. 46-51..
Lei Laboratòris Bell foguèron un dei centres majors de la recèrca sus lei semiconductors durant aqueu periòde. Tre 1938, William Shockley (1910-1989) i estudièt lo foncionament d'amplificators solids. Pasmens, lo resultat pus important foguèt la concepcion dau premier transistor per una còla dirigida per Shockley, Walter Houser Brattain (1902-1987) e John Bardeen (1908-1991)Shockley, Brattain e Bardeen foguèron laureat dau Prèmi Nobel de Fisica 1956 per sei recèrcas sus lei semiconductors.. Puei, en 1954, Morris Tanenbaum (1928-2023), un autre fisician dei Laboratòris, realizèt lo premier transistor de silici(en) « First Transistor IEEE Milestone Dedication », IEEE Newsletter. North Jersey Section of the Institute of Electrical and Electronics Engineers., vol. 56, n° 5, 2009.. A la fin deis ans 1950, l'ensemble d'aquelei descubèrtas e invencions menèt a la fondacion de l'industria modèrna dei semiconductors.
Lo desvolopament dei semiconductors de silici
thumb|right|Fotografia de Mohamed Atalla en 1963.
Se l'interès dau silici dins la fabricacion dei semiconductors èra estat identificat en 1906 per l'engenhaire estatsunidenc Greenleaf Whittier Pickard (1877-1956)(en) Brevet estatunidenc US836531A, Means for receiving intelligence communicated by electric waves, 30 d'aost de 1906., leis ans 1950 veguèron la concentracion d'esfòrç importants per estudiar lei proprietats dau silici e dau germani. Inicialament, lo segond èra considerat coma lo materiau pus prometeire car permet de generar pus aisament un corrent electric que lo premier(en) W. Heywang e K.H. Zaininger, Silicon: Evolution and Future of a Technology, 2013, Springer Science & Business Media, pp. 26–28.. De mai, de fenomèns quantics a la superficia dau silici limitèron sei performàncias fins ai trabalhs de l'Egipcian Mohamed M. Atalla (1924-2009) sus la passivacion dau jaç extèrne d'un materiau per tractament termic(en) E. Kooi, A. Schmitz, "Brief Notes on the History of Gate Dielectrics in MOS Devices" dins High Dielectric Constant Materials: VLSI MOSFET Applications, 2005, Springer Science & Business Media, pp. 33–44..
D'efiech, lei descubèrtas d'Atalla permetèron d'utilizar lei jaç d'oxids presents a la superficia dau silici per estabilizar lei proprietats de sa superficia. La factibilitat de sei teorias foguèt demostrada en 1958(en) Bo Lojek, History of Semiconductor Engineering, 2007, Springer Science & Business Media, pp. 120 e 321–323.. Après aqueu succès, lo silici remplacèt pauc a cha pauc lo germani coma matèria premiera de basa dins la fabricacion dei semiconductors(en) Leonard C. Feldman, Fundamental Aspects of Silicon Oxidation, 2001, Springer Science & Business Media, pp. 1–11..
L'invencion dau MOSFET
A la fin deis ans 1950, Mohamed Atalla, amb l'ajuda de Dawon Kahng (1931-1992), poguèt esplechar la capitada de la mesa en òbra de sei descubèrtas sus lo tractament de superficia de silici per fabricar lo premier transistor de tipe MOSFET en 1959. Imaginat en 1920 per lo fisician austroongrés Julius Edgar Lilienfeld (1882-1963)Un brevet foguèt depausat per Julius Edgar Lilienfeld en 1925 (US 1745175 - Method and apparatus for controlling electric current). En 1934, lo fisician Oskar Heil depausèt un brevet per un dispositiu similar (GB 439457 - Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices). Pasmens, dins lei dos cas, leis aparelhs descrichs foguèron pas fabricats e l'industria dau periòde s'interessèt pas a aquelei trabalhs., aqueu dispositiu es vengut un element indispensable a la fabricacion de circuits integrats numerics. D'efiech, coma leis autrei transistors, permet de modular un corrent electric mai, per aquò, a pas besonh d'una alimentacion electrica. Pròva d'aquela importància, en 2008, mai de 90 % de la produccion de silici destinat a la fabricacion de semiconductors èra dirigida vèrs la produccion de transistors MOSFET. Autra chifra de remarca, entre 1960 e 2018, lo nombre de transistors d'aqueu tipe produchs dins lo mond es estimat a tretze mila miliards de miliards (13.1021)L'expression « Edat dau Silici », bastida sus lo modèl de l'expression Edat de la Pèira ò Edat dau Fèrre, es estada imaginada per descriure aquela importància dau silici dins la tecnologia modèrna..
Principis de foncionament
Materiaus
thumb|right|Fotografia d'un cristau de silici.