Halvledere brukes som oftest i datamaskiner og alle typer elektroniske apparater til å lede strøm når det er ønskelig, og ikke lede strøm når det er aktuelt. Men hva er de og hvordan fungerer de egentlig?

Isolatorer vs ledere

Det finnes to typer produkter, de som kalles isolatorer og ledere. Disse leder enten elektrisk strøm eller ikke. Det som avgjør hvor godt strømmen ledes, heter motstand. Alt dette lærte vi på skolen, men for de fleste har det gått i glemmeboka.

Halvledere, eller halvmetaller, er vanligvis isolatorer ved lav temperatur, men ved riktig temperatur virker de som ledere. Derav navnet halvledere. De kan slå av og på strømmen av elektroner.

Elektronene i atomer deles i energinivåer som har en tendens til å skape overganger. Når det ytterste leddet er fylt opp av elektroner har vi det som kalles valens, altså antall kjemiske bindinger det kan gjøre med andre atomer. I helmetaller tillater disse båndene at frie elektroner flyter over og bidrar til strømmen er kontinuerlig, mens isolatorer har et mye større gap mellom atomene som gjør at det ikke er mulig å lede strøm. Et halvmetall er i en tilstand mellom de to ekstremitetene.

Halvmetaller kan bli komponenter i alle mulige elektroniske apparater. Det er mange halvmetaller, men noen av de mest kjente er silisium, zink og germanium.

Doping av halvledere

Man kan tilføre halvlederne kunstige egenskaper gjennom det som kalles doping. Det finnes to typer doping, n-dopet og p-dopet halvleder.

I en n-dopet halvleder, byttes atomene med andre som har et ekstra elektron, kalt en donor. Da trengs det veldig lite energitilførsel for å eksitere elektronet til ledningsbåndet

I en p-dopet halvleder, byttes atomene ut med andre med et mindre elektron, kalt en akseptor. De fanger inn elektroner, fordi det er et mindre elektron i atomene, og skaper en hull-tilstand. På denne måten er det enklere å bruke de ulike stoffene i transistorer og andre elementer som brukes i dataindustrien, enten den sitter i mobilen din eller er en del av en større maskin på en fabrikk.

Prosessen med å produsere halvledere må være helt perfekt når det gjelder kjemisk renhet og krystallisk perfeksjon. Det betyr at man må bruke avansert teknologi for å enten skape diffusjon, altså at et stoff blander seg med et annet, eller ved ionisk implantasjon, som foregår ved laserstråling.

Norge er en stor produsent av halvledere og har også god tilgang på blant annet silisium. To store bedrifter som driver virksomhet innenfor denne industrien er Nordic Semiconductors og Elkem. Begge lokalisert i Trondheims-regionen.

Nordic Semiconductors

Nordic Semiconductors jobber med løsninger med såkalt ULP, ultra low power, i trådløse systemer. Disse systemene blir mer og mer viktig ettersom teknologien blir bedre. Etterspørselen på slik teknologi er så å si utømmelig. Produktene fra NS kan brukes i alt fra klokker, mobiler, spill-kontroller, fitness-sensorer, leker, multimedia-kontroller og digitale tv-apparater.

Elkem

Elkem derimot utvinner og produserer silisium og mikrosilica. De tar ut nesten 200000 tonn silisium og 300000 tonn mikrosilica hvert år, noe som utgjør 75% av inntektskildene til bedriften. Derfor er de også en av verdens største leverandører til det utenlandske markedet. Bruksområdene er som halvledere i en rekke ulike elektroniske apparater, men også som bestanddel i kosmetikk og maling. Mikrosilica kan brukes i betong og som foring i oljebrønner, men også i kunstgjødsel og produksjon av plast. Elkem har også et system for gjenvinning av energi, slik at de får igjen 30% av den elektrisiteten de forbruker.