Pooljuhid

 „Ma arvan, et probleem oli tellistes. Need olid kas liiga pehmed või liiga haprad.  Savist tellised ei olnud tol ajal kuigi hea kvaliteediga, nagu sa ette võid kujutada,“ ütles Max kellatorni vaadates.

„Antud juhul pole see nii. See hoone polegi üldse tellistest ehitatud. Juhendi järgi on see valmistatud hoopis marmorist, mis oli aga liiga raske ja maa liiga pehme,“ vastas Lily ja viitas kuvarile, kus Itaalia ajalooprofessori hologramm loengut pidas. „Telliskividel pole midagi viga. Need on meie ühiskonna alustalad… Otseselt!“

„Kas tõesti?! Telliskivid? Neid pead sa meie ühiskonna alustaladeks?“ naeris Max. „Ja mis need ühiskonna alustalad siis sinu jaoks on?“ küsis Lily. „Teras? Puit? Kõrgtehnoloogiline materjal? Omapärane sulam?“

„No vaata ringi! Mida sa näed?“ küsis Max. Lily vaatas ringi ja nägi Pisa torni, katedraali, seda ümbritsevat väljakut ja muid hooneid… Kõik need olid valmistatud kas tellistest või marmorist. Seejärel palus Max Lilyl enda ümber olevaid inimesi vaadata. Kõik turistid käisid ringi oma kaamerate, mobiiltelefonide, tahvelarvutite, tahveltelefonide ja igasuguste muude elektrooniliste vidinatega.

„Mida sa silmas pead? Et selleks alustalaks on elektroonika?“ Kõik elektroonilised seadmed on valmistatud vooluringi põhimõttel: transistorid, kiibid, dioodid ja takistid. Ja kõik need on ehitatud ümber elektrijuhtivusega materjali ehk pooljuhi, mida saab kohandada.

Elektrijuht, nagu nimigi viitab, on voolu juhtiv materjal, mis võimaldab elektrivoolul end läbida, samas kui isolaator töötab vastupidiselt ja ei lase elektrivoolu läbi.  See toimib tänu sellele, et elektrijuhtide struktuuris on vabalt ringlevad elektronid. Isolaatoris neid pole. Elektrijuhid sisaldavad materjale, nagu hõbedat või vaske (metalle), samal ajal kui isolaatoriks on näiteks kas klaas või paber.

Pooljuhtmaterjal on seal vahepeal: see võib elektrivoolu läbi lasta või seda mitte läbi lasta, olenevalt ümbritsevatest tingimustest. Pooljuhtmaterjali elektrijuhtivust saab kergesti muuta, muutes selles olevate vabade elektronide arvu, kas seda siis kuumutades, valgustades või selle ümber olevat elektrivälja muutes.  Pooljuhtide kuumutamine võimaldab elektronidel end vabaks murda ja vabalt aatomite vahel liikuda. Sellest ka nimetus „vaba elektron“.

Mõned tuntuimad pooljuhid on räni ja germaanium.

Pooljuhid on kõikide elektrooniliste, analoog- ja digitaalsete seadmete (nagu dioodid, transistorid, päikesepatareid, valgusdioodid (LED) ja kuvarid, integraallülitid ning sensorid) alustalad. Kujutlegem maailma ilma elektronkiipideta: pole raadiot ega televiisorit, arvutit, videomänge, ei mingeid mobiiltelefone ega tahvelarvuteid, elektroonilisi meditsiiniaparatuure, puuduvad kõrgtehnoloogilised juhtimiskeskused nii autodes kui ka lennukites… See on maailm ilma pooljuhtideta.

„Hästi, nii et meie ühiskonna alustalaks on siis pooljuhid? See tähendab, et germaanium ja räni? Kas sa oled kuulnud Silicon Valleyist ja Silicon Glenist? Need pidid olema ülikõrgtehnoloogilised kohad.“ 

„Tegelikult pole tegemist ainult räni ja germaaniumiga. Pooljuhtmaterjale on palju rohkem ja kõik nad sisaldavad ka muid elemente, nagu boori või fosforit. Need täiendused muudavad vabade elektronide arvu. Kombinatsioonid on head.“ See mõte viis Maxi alateadlikult kuulsa Itaalia jäätise ja šokolaadikrõpsude juurde. Laia naeratuse saatel tellis ta omale suure šokolaadikrõpsudega vaniljejäätise.

„Mitu vaba elektroni sul seal jäätises on?“ kiusas Lily.

„See maitsev jäätis võiks mu dieedi alustala olla!“ vastas Max, endal suu jäätist täis.