Polovodiče jsou materiály, které mají elektrickou vodivost mezi vodiči (jako jsou kovy) a izolátory (jako je sklo). Jejich jedinečná vlastnost spočívá v tom, že jejich elektrická vodivost může být snadno ovlivněna vnějšími podmínkami, jako je teplota, světlo, nebo přítomnost nečistot (tzv. dopantů). Tato vlastnost činí polovodiče klíčovými komponenty v moderní elektronice. Základním materiálem používaným pro výrobu polovodičových zařízení je křemík, který má krystalickou strukturu, kde každý atom křemíku sdílí čtyři elektrony se svými sousedy, čímž vytváří pevnou vazbu. V čistém stavu je křemík velmi špatným vodičem, ale jeho elektrické vlastnosti lze dramaticky zlepšit přidáním malého množství jiných prvků, jako je fosfor nebo bor.
Proces zvaný dopování umožňuje zvýšit vodivost křemíku vytvořením n-dopovaného nebo p-dopovaného materiálu. N-dopovaný křemík obsahuje přebytek elektronů, zatímco p-dopovaný křemík má deficit elektronů, což vytváří „díry“, kde by elektrony měly být. Když se tyto dva typy polovodičů spojí, vytvoří tzv. p-n přechod, který je základní stavební jednotkou mnoha elektronických zařízení, jako jsou diody a tranzistory. Tento přechod má schopnost kontrolovat tok elektrického proudu, což umožňuje polovodičovým zařízením fungovat jako přepínače nebo zesilovače. Diody propouštějí proud pouze v jednom směru, což je klíčové pro konverzi střídavého proudu na stejnosměrný, zatímco tranzistory, které mohou být typu NPN nebo PNP, slouží ke zesilování nebo spínání elektronických signálů.
Využití polovodičů v elektronice je všudypřítomné. Jsou srdcem integrovaných obvodů, které se nacházejí v počítačích, mobilních telefonech, televizorech a prakticky ve všech moderních elektronických zařízeních. Polovodiče umožňují miniaturizaci elektronických komponentů, což vede k výrobě stále menších a výkonnějších zařízení. Kromě toho polovodiče hrají klíčovou roli v solárních článcích, kde přeměňují sluneční světlo na elektrickou energii. V posledních letech vzrostl zájem o polovodiče na bázi uhlíkových nanostruktur, jako jsou grafen a uhlíkové nanotrubice, které nabízejí potenciál pro ještě rychlejší a efektivnější elektroniku. Vývoj polovodičových technologií neustále pokračuje a zůstává jedním z nejdynamičtějších a nejdůležitějších oborů moderní vědy a techniky.
PhDr. Pavel Bartoš, LL.M., DBA (Evropská akademie vzdělávání / European Academy of education)