Полупроводники

Помимо проводников и диэлектриков (о них было рассказано в материале Проводники и диэлектрики) в электротехнике существует и такое понятие как полупроводники.
Исходя из названия может показаться что это категория веществ, обладающая не очень хорошей проводимостью, однако это не совсем так…
Полупроводник— это искусственно созданное вещество, имеющее две разновидности: в нем могут содержаться как положительные так и отрицательные свободные заряды.

Давайте вернемся немного назад и вспомним про свойство проводимости:
Проводимость в веществах обусловлена наличием свободных заряженных частиц, и чем их больше в веществе, тем это вещество лучше проводит электричество.

Однако у атомов есть еще одно интересное свойство: они умеют соединяться с атомами других веществ, образуя при этом более сложные вещества.
Самый простой пример: молекулы железа соединяются с молекулами воды и в результате образуется окись железа.
Звучит мудрено, а по-простому это означает что железо окислилось (заржавело если еще проще)

Это самое свойство соединяться ученые назвали валентность (от лат. valēns «имеющий силу»), а означает оно количество атомов, которое вещество может к себе присоединить или заместить.

Само по себе это понятие валентности не имеет строгого научного обоснования (а ведь правда- мы же не можем заглянуть в сам атом! Все это чистая теория, однако она работает!). Так что применяется это понятие чисто в методических целях, однако практическое применение оно все таки получило.
Более того- в области электроники оно вообще сыграло огромное значение и вот почему:

При соединении молекул различных веществ, происходит как-бы слияние самих атомов: атом одного вещества встраивается в кристаллическую решетку другого. Причем он может не просто «прилипнуть» к кристаллической решетке, но и вытеснить один из атомов исходного вещества.

Улавливаем в чем суть? Один из атомов исходного вещества вытеснился и отправился в «свободное плавание». А ведь он тоже имеет свой собственный заряд- положительный или отрицательный, не важно.  Таким образом можно получить свободные заряженные частицы, причем различного заряда.

В природе существует такое интересное вещество, как кремний. В чистом виде он сам по себе является не очень хорошим проводником, однако за счет химических соединений, можно получить очень интересные свойства (с точки зрения электротехники, конечно).

Сам кремний может иметь валентность 2 и 4. То есть (если заострить внимание на 4-х валентном кремнии) если в него ввести небольшое количество примеси с валентностью 5 (например фосфор, мышьяк, сурьма), один электрон в данном соединении окажется «лишним».
Если -же ввести небольшое количество примеси с валентностью 3 (бор, алюминий, галлий, индий), то тогда наоборот- возникнет недостаток в одном электроне.
Этот самый недостаток ученые назвали дырка.

Ды́рка — квазичастица, носитель положительного заряда, равного элементарному заряду, в полупроводниках.
Определение по ГОСТ 22622-77: «Незаполненная валентная связь, которая проявляет себя как положительный заряд, численно равный заряду электрона».
Это из википедии

Таким образом из одного и того-же кремния можно получить два вещества, отличающихся по электрическим характеристикам: в одном из них будет преобладание отрицательно-заряженных частиц (это назвали полупроводник N-типа), а в другом- положительно-заряженных частиц (это получило название полупроводник P-типа).

Данное открытие совершило огромную революцию в области электроники- оно позволило создать полупроводниковые радиоэлементы- сначала это были диоды, позже появились транзисторы, ну а дальше пошло и поехало… У всех этих диодов, транзисторов появились различные разновидности, стали создаваться комбинированные изделия, состоящие из сразу нескольких полупроводниковых приборов (микросхемы), ну и так далее…

К слову сказать, свойствами полупроводника обладает не только кремний. Есть еще и другие вещества: одно время многие полупроводниковые приборы изготавливались из германия. Первые светодиоды изготавливались на основе Асцидия.
Просто кремний очень распространенный материал и применение его для производства полупроводников оказалось самым дешевым.