Redigerer Elektrisk strøm (avsnitt)

=== Halvledere===
{{Utdypende artikkel|Halvleder|seogså=Transistor}}
[[File:80486dx2-large.jpg|thumb|En mikroprosessor av typen [[Intel 80486|Intel 80486DX2]] er eksempel på avansert bruk av halvledere. Senteret av enheten har en størrelse på 12×6,75 mm. {{byline|Matt Gibbs}}]]

Halvledere har større ledningsevne enn isolatorer, men de er dårligere ledere enn metallene. [[Silisium]] og [[germanium]] er eksempler på slike ledere. En spesiell egenskap med halvledere er at økende temperatur gir økt ledningsevne (konduktivitet), dette i motsetning til ledere.<ref>[[#FI|John Haugan: ''Fysikk for ingeniører '' del V, side 128.]]</ref> Halvledere er også svært følsome for små mengder urenheter, noe som endrer de elektriske egenskapene drastisk. Nettopp dette er bakgrunnen til at halvlederne er viktige i elektroniske komponenter.<ref name=YL1452>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 1452.]]</ref> 

I silisium og germanium er det fire elektroner i det ytterste elektronskallet, disse er del av den [[Kovalent binding|konvalente]] krystallstrukturen. Ved lave temperaturer er alle de fire ytterste elektronene en del av bindingene, da kan heller ikke ''[[valenselektron]]ene'' «hoppe» fra ''valensbåndet'' til ''ledningsbåndet''. Dette er grunnen til at halvlederne er isolatorer ved lave temperaturer, det er nemlig bare elektroner som har fått energi nok til å være i ledningsbåndet som kan bevege seg fritt når et ytre elektrisk felt blir påsatt. Imidlertid er det lite energi som skal til for å løfte elektroner fra valens- til ledningsbåndet. Allerede ved [[romtemperatur]] er det elektroner i ledningsbåndet som har anledning til å bevege seg fritt i krystallstrukturen.<ref name=YL1452/>

Når et elektron forlater ledningsbåndet etterlater det seg en ledig plass. Denne plassen kan fylles av et elektron fra naboatomet, dermed blir det naboatomet som får en ledig plass. En ledig plass kalles et ''hull'', og i halvledere er dette en egen type ladningsbærer som kan flyttes rundt i metallet. En kan se på dette som en boble som beveger seg i en væske. I en ren halvleder er det alltid likt antall valensbåndhull og lednignsbåndelektroner. Når et elektrisk felt påtrykkes vil disse bevege seg, men med de har motsatt retning. Hullet i valensbåndet opptrer som en positiv ladning, til tross for alle bevegelige ladningsbærere i valensbåndet er elektroner.<ref>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 1453.]]</ref>

[[Fil:Schema - n-dotiertes Silicium.svg|mini|En [[fosfor]]urenhet (P) i et materiale bestående av [[silisium]] (Si), representerer en donor og gir en n-type [[halvleder]]. I atommodellen sees fosforatomet i midten med et femte [[valenselektron]]. Dette er løst bundet til atomkjernen og kan dermed lett vandre rundt i materialet.{{byline|Markus A. Henning}}]]

For å øke ledningsevnen i en halvleder er [[Doping (halvledere)|doping]] vanlig. For eksempel kan det i smeltet [[silisium]] (Si) tilsettes en meget liten mengde [[fosfor]] (P). Silisium har fire elektroner i sitt ytterste skall, altså valensbåndet, mens fosfor har fem. Illustrasjonen viser en atommodell der fosforatomet ligger i senter omgitt av flere silisiumatomer. Det femte valenselektronet til fosforatomet er løst bundet, og det er heller ikke del av den kovalente bindingen som ellers gjør seg gjeldende i stoffet. Dermed kan dette elektronet selv ved romtemperatur enkelt få nok energi til å hoppe opp i ledningsbåndet, dermed er det fritt til å vandre i materialet. I tillegg til fosfor, er det typisk [[nitrogen]] (N), [[arsen]] (As), [[antimon]] (Sb) og [[vismut]] (Bi) som brukes til doping i denne typen halvlederne. Ledningsevnen er så å si bare relatert til negativ ladning, dermed kalles slike dopede halvledere for ''n-type halvleder''.<ref name=YL1454>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 1454.]]</ref>

[[Fil:Schema - p-dotiertes Silicium.svg|mini|En [[aluminium]]surenhet I et materiale bestående av [[silisium]] (Si). I denne atommodellen sees aluminiumsatomet i midten med bare tre [[valenselektron]]er. Dermed kan dette atomet lett «låne» et elektron fra et av sine naboatomer, det oppstår da et hull som kan vandre fritt rundt i stoffet.{{byline|Markus A. Henning}}]]

En annen type doping er å benyttet en liten mengde av [[Bor (grunnstoff)|bor]] (B), aluminium (Al), [[gallium]] (Ga), [[indium]] (In) eller [[thallium]] (Tl). I figuren er det vist en atommodell der silisium er dopet med aluminium. Aluminium vil like å forme fire kovalente bånd, men har bare tre valenselektroner. Imidlertid kan det «låne» et elektron fra et av sine naboatomer, dermed får det et komplett kovalentbånd med fire elektroner. Naboatomet som gir fra seg et elektron får nå et «hull», dette oppfører seg som en positiv ladning og kan forflytte seg rundt i krystallstrukturen. Aluminiumsatomet blir det en kaller for en ''akseptor'', ved at det tar til seg et elektron ekstra. Fra før var aluminiumsatomet nøytralt, men nå er det blitt netto negativt. Selve atomet er ikke i stand til å forflytte seg, derimot kan hullet gjøre det og en halvleder som er dopet med akseptorer får god ledningsevne takket være positiv ladningsforflytning. En kaller slike materialer for ''p-type halvleder''.<ref name=YL1454/> 

En essensiell komponent i elektronikken er en [[diode]], den består av en såkalt ''pn-overgang'', der en halvdel er en p-type halvleder og den andre n-type. Det spesielle med en diode er at den har gode lederegenskaper, men bare for strøm der påtrykket spenning er i en bestem retning. Det vil si at om spenningen snur, så vil den knapt lede noe strøm i det hele tatt. Slike komponenter brukes til å [[Likeretter|likerette]] strøm. 

En pn-overgangens virkemåte kan forklares slik: Si at diodens p-typeterminal tilknyttes positiv terminal på en spenningskilde, for eksempel et batteri, mens n-typeterminalen tilknyttes batteriets negative terminal. Da får p-typeregionen et høyere potensial enn n-typeregionen, som blir det samme som å si at det oppstår et elektrisk felt fra p-regionen til n-regionen. Da vil hull som det er mange av i p-regionen flytte seg mot pn-overgangen og over i n-regionen. I n-regionen er det mange frie elektroner som lett flytter seg i motsatt retning og inn i p-regionen. I denne situasjonen leder pn-overgangen (i dioden) strøm. Om en nå bytter tilkoblingen til batteriet, vil det elektriske feltet forsøke å flytte elektroner fra p-regionen og inn i n-regionen, og motsatt hull fra n-regionen til p-regionen. Imidlertid er det veldig få frie elektorer i p-regionen og få hull i n-regionen. I denne ''revers retningen'' blir strømmen mindre, selv om spenningen fra batteriet er like stor.<ref>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 1456-1457.]]</ref>

Andre komponenter som fungerer ved å utnytte dopede halvledere er [[lysdiode]]r og [[transistor]]er. En transistor har tre terminaler, og ved å sette på en liten strøm til dens ''base'' kan en større strøm gå gjennom de to andre terminalene. Ved å variere den lille strømmen inn på baseterminalen kan en kontrollere strømmen gjennom transistoren, dermed kan den brukes som [[forsterker]], for eksempel i en radiomottaker.