Puolijohteet
”Luulen, että ongelmana olivat tiilet. Ne olivat joko liian pehmeitä tai hauraita. Sen aikaiset savitiilet eivät olleet kovin hyviä, kuten kuvitella saattaa” Max sanoi katsoen kellotornia.
”Ei se niistä johdu. Rakennus ei ole edes tehty tiilistä! Rakennus on tehty marmorista ja se on liian painava ja maa liian pehmeää oppaamme mukaan” Lily sanoi, ja osoitti näyttöä, jossa Italialaisen historian professorin hologrammi puhui. ”Tiilet ovat sopivia. Ne ovat sivilisaatiomme rakennuspaloja… kirjaimellisesti!”
”Todellako? Tiilet? Niidenkö kuvittelet olevan sivilisaatiomme rakennuspaloja?” Max naurahti. ”Mitä ne sitten olisivat” Lily kysyi. ”Terästä? Puuta? Edistynyttä materiaalia? Jotain erikoista metalliseosta?”
”Noh, katsopa ympärillesi! Mitä näetkään?” Max huudahti. Lily katsoi ympärilleen ja näki Pisan kaltevan tornin, Katedraalin, Piazza del Duomon, kaikki ne rakennukset… oli tehty tiilestä tai marmorista. Max pyysi sen jälkeen Lilyä katsomaan ihmisiä ympärillään. Kaikilla turisteilla oli monenlaisia kameroita, kännyköitä, tabletteja, puhletteja ja erilaisia elektronisia laitteita.
”Mitä sitten? Elektroniikkako toimii rakennuspaloina?” Kaikki elektroniset laitteet on tehty virtapiireistä; transistoreista, siruista, diodeista, vastuksista. Kaikki ne on rakennettu sellaisesta materiaalista, jonka johtavuutta voidaan muuttaa, eli puolijohteen.
Johde, kuten nimikin viittaa, on materiaali, joka johtaa virtaa. Tämä tarkoittaa, että se sallii sähköisen virran virtaamisen lävitseen, toisin kuin eriste. Eriste on johteen vastakohta, eli se ei johda virtaa. Tämä johtuu siitä, että johteilla on vapaita elektroneita rakenteissaan, jotka voivat virrata vapaasti. Eristeillä tällaisia vapaita elektroneja ei ole. Johteisiin kuuluvia materiaaleja ovat esim. hopea ja kupari (metallit), kun taas eristeisiin kuuluu mm. lasi ja paperi.
Puolijohde on näiden kahden materiaalin välimuoto: se voi johtaa virtaa riippuen ympärillään vallitsevista olosuhteista, tai sitten ei. Puolijohteen johtavuutta voidaan muuttaa helposti muokkaamalla siinä olevien vapaiden elektronien määrää joko lämmittämällä sitä, valon avulla tai muuttamalla sen ympärillä olevaa sähkökenttää. Puolijohteen lämmittäminen sallii elektronien vapaaksi irtautumisen, jolloin ne pystyvät liikkumaan vapaasti atomien välissä, tästä siis johtuu termi ”vapaat elektronit.”
Kuuluisimpiin puolijohteisiin lukeutuu pii ja germanium.
Puolijohteet ovat kaikkien analogisten ja digitaalisten sähköisten laitteiden rakennuspaloja, kuten diodit, transistorit, aurinkokennot, LED:t ja näytöt, mikropiirit, sensorit. Kuvittele maailma ilman sähköisiä siruja: ei radiota tai TV:tä, ei tietokoneita, ei videopelejä, ei kännyköitä tai tabletteja, ei sähköisiä lääketieteellisiä laitteita, ei edistyneitä autojen tai lentokoneiden ohjauskortteja… Tämä olisi maailma ilman puolijohteita.
”Ok, eli puolijohteet ovat maailmamme rakennuspaloja? Tämä tarkoittaisi germaniumia ja piitä? Oletko kuullut Piilaaksosta, Silicon Glenistä ym.? Näidenhän pitäisi olla erittäin korkean teknologian paikkoja.”
”Itse asiassa, kyse ei ole vain piistä tai germaniumista. On olemassa paljon muitakin puolijohdemateriaaleja ja kaikki ne sisältävät pieniä määriä muita alkuaineita kuten booria tai fosforia. Nämä lisäykset muuttavat vapaiden elektronien määrää. Kombinaatiot ovat suotavia.” Tämä ajatus sai hänen alitajuntansa yhdistämään kuuluisan italialaisen jäätelön ja palat. Hän tilasi vaniljajäätelöä suklaapalojen kanssa hymyillen.
”Kuinka monta vapaata elektronia jäätelösi sisältää?” Lily kiusoitteli.
”Jäätelö voisi olla dieettini rakennuspala!” vastasi Max suu täynnä jäätelöä.