Yarı iletken
Tarihi

Yarı iletkenler ile ilgili ilk çalışmalar maddelerin elektriksel özellikleri ile ilgili deneyler ile başlar. Yarı iletkenlerin akımı doğrultabilme, negatif sıcaklık-direnç değişim katsayısı ve ışığa duyarlılık gibi özellikleri 19. Yüzyılın başlarında keşfedilmiştir.
1883'te Michael Faraday Gümüş Sülfitin direncinin ısıtıldığında direncinin düştüğünü rapor etmiştir. Bu diğer metalik maddelerin davranışının tam tersi bir durumdur. 1839'da A.E. Becquerel ışığa tutulduğunda bir katı ve sıvı elektrolit arasında voltaj oluştuğunu gözlemlemiştir (foto-elektrik olay). 1873'te Willioughby Smith selenyumdan üretilen dirençlerin üzerlerine ışık düşürüldüğünde dirençlerinin azaldığını keşfetmiştir. 1874'te Karl Ferdinand Braun metal sülfitlerin akım doğrultma ve iletkenlik özelliklerini gözlemlemiştir. Bunlar, M.A. Rosenschold tarafından daha önceden keşfedilmiş ve “Annalen der Physik un Chemie in 1835” kitabında da yazılmıştır. Arthur Schuster, kabloların yüzeyinde yer alan bakır oksit tabakasının doğrultma etkisi gösterdiğini ve bu etkinin kablolar temizlenince kaybolduğunu görmüştür. Adams ve Day 1876'da selenyumda foto elektrik etkiyi gözlemlemiştir.
Tam olarak anlaşılamayan bu olayların bütüncül bir açıklaması 20. Yüzyılın ilk yarısında katı hal fiziğinin gelişmesi ile mümkün olmuştur. 1878'de Edwin Herbert Hall, kendi adıyla da anılan Hall Etkisini, yani hareketli yüklerin manyetik alan uygulandığında saptığını detaylıca açıklamıştır. J.J. Thomson'un 1897'de elektronu keşfetmesi, katılarda elektron temelli iletim teorilerinin ortaya atılmasına ön ayak olmuştur. Karl Baedeker, Hall etkisini ters işaretli olarak gözlemleyerek, Bakır iyoditin artı işaretli yük taşıyıcılarına sahip olduğunu teoriye dökmüştür. Johan Koenigberger 1914'te katı maddeleri metaller, yalıtkanlar ve değişken dirençliler olarak sınıflandırmıştır. Hâlbuki Koenigberger'in öğrencisi olan Josef Weiss yarı iletken terimini 1910 yılında yayımladığı doktora tezinde modern anlamıyla tanımlamıştı. 1928'de Felix Bloch elektronların atomik kafes örgülerinde nasıl hareket ettiği ile ilgili bir teori yayımlamıştır. 1930'da B. Gudden yarı iletkenlerdeki iletkenliğin az miktardaki safsızlıktan kaynaklandığını ileri sürmüştür. 1931 yılıyla birlikte, “Elektriksel İletimin Kuşak Teorisi” (“the band theory of conduction”) Alan Herries Wilson tarafından öne sürülmüş ve kuşaklar arasındaki boşluk konsepti geliştirilmiştir. Walter H. Schottky ve Nevill Francis Mott potansiyel bariyerinin ve metal-yarı iletken birleşiminin modelini oluşturmuştur. 1938'de Boris Davydov, p-n bağlantılarını tanımlayan ve azınlık halindeki yük taşıyıcılarının ya da yüzey hallerinin önemini açıklayan Bakır-Oksit akım doğrultucular teorisini bilim dünyasına kazandırmıştır.
Tüm çabalara rağmen bazı durumlarda deneyler, teorik öngörülerden oldukça alakasız sonuçlar veriyordu. Bu garip sonuçların sebebi daha sonra yarı iletkenlerin yapısal olarak aşırı hassas olduğunun ve en küçük bir safsızlıktan dahi büyük ölçüde etkilendiğinin John Bardeen tarafından açıklanması ile anlaşılabilmiştir. 1920'lerde saf olarak adlandırılan ancak eser miktarlarda da olsa saf olmayan içeriğe sahip materyaller değişken deneysel sonuçlar vermiştir. Bu da geliştirilmiş madde arılaştırma tekniklerinin geliştirilmesi için önemli bir kıvılcım olmuştur. Günümüzde modern metotların geldiği nokta ile trilyonda birden fazla safsızlık içermeyen yarı iletkenler üretilebilmektedir.
Önceleri yarı iletken içeren cihazlar deneysel veriler referans alınarak üretilmekteydi. Yarı iletken teorisi geliştirildikten sonra daha kullanışlı ve güvenilir cihazlar üretilmeye başlandı.
1880 yılında Alexander Graham Bell selenyumun ışığa duyarlılık özelliğini sesi bir huzme ile iletebilmek için kullandı. 1883'te Charles Fritts selenyum ve ince bir katman altın ile kaplanmış bir metal plaka kullanarak düşük verimle çalışan bir güneş hücresi üretti. 1930'larda bu güneş hücresi fotografik ışıkölçer olarak ticari anlamda kullanıldı. Nokta temaslı mikrodalga doğrultucuları 1904'te kurşun sülfitten Jagadish Chandra Bose tarafından üretildi. Doğal galen veya başka maddelerden üretilen “Cat-Whisker Detektörleri” radyonun gelişiminde yaygın olarak kullanıldı. Ama yine de, bir takım şeyler hala daha kesin olarak öngörülemiyor ve bir takım ayarlamalar gerektiriyordu. 1906'da H.J.Round, -LED'in de temeline oluşturan- silikon karpit kristallerinden akım geçtiğinde ışık yaydıklarını keşfetti. Oleg Losev de benzer ışık yayımlanmasını 1922'de gözlemledi fakat o tarihte bunun pratik uygulaması söz konusu değildi. Bakır oksit ve selenyum içeren akım doğrultucular 1920'lerde üretildi ve ticari olarak vakum tüpünden üretilen akım doğrultuculara alternatif oldular.
2. Dünya Savaşı'ndan önceki yıllarda, kızıl ötesi tanıma ve haberleşme teknolojileri araştırmaların kurşun sülfit ve kurşun selenit maddeleri üzerinde yoğunlaşmasına sebep oldu. Bu cihazlar gemi ve uçakların yerlerini tespit etmek ve sesli haberleşmek için kullanıldı. Noktasal temaslı kristal detektörler mikrodalga radyo sistemleri için hayati önem taşımaya başladılar. Çünkü mevcut vakum tüplü cihazlar 4000 MHz seviyesinde detektör olarak iş göremiyorlardı. Bu nedenle gelişmiş radar sistemler yüksek hızlı tepkiler veren kristal detektörler kullanılarak üretildi. Önemli bir araştırma ve geliştirme süreci de istikrarlı ve kaliteli detektörler üretmenin önemi sebebiyle savaş sırasında yaşandı.
Detektörler ve akım doğrultucular sinyalin yükseltilmesi amacıyla kullanılamıyordu. Yarı iletkenler hakkındaki teorik bilgi oldukça sınırlı olduğu için katı hal sinyal yükseltici geliştirmek amacıyla yapılan birçok çalışma ve araştırma sonuçsuz kalmıştı. 1922'de Oleg Losev, iki uçlu ve negatif dirençli bir radyo yükselteci üretmeyi başardı (kendisi ne yazık ki 1942'de Leningrad Kuşatması sırasında donarak can vermiş). 1926'de Julius Edgar Lilienfeld, pratik olarak kullanılamasa da, alan etkili transistörü andıran bir cihazın patentini aldı. R. Hilsch ve R. W. Pohl 1938'de vakum tüplerinin kontrol yapısını andıran bir katı hal yükselticisi ürettiler. Her ne kadar bu cihaz güç kazancı sağlıyormuş gibi görünse de bir sınır frekansına sahipti ve pratik uygulaması oldukça sınırlı idi. Fakat yine de mevcut teorinin efektif bir uygulaması olması açısından önemli idi. Bell Laboratuvarlarında 1938 yılında William Shockley ve A. Holden katı hal yükselteçleri üzerinde çalışmaya başladılar. İlk silikon p-n birleşimi 1941 yılında ışığa duyarlılık açısından p ve n bölgeleri arasında keskin farklar olan bir örneğin bulunması ile gözlendi. Örnekten alınan ince bir dilim p-n birleşiminde ışık etkisiyle potansiyel farkı oluşturuyordu.
Fransa'da, savaş sırasında Herbert Matare germanyum bazlı bir maddenin komşu temas noktalarının yükselteç işlevi gördüğünü gözlemledi. Savaşın ardından, Matare'nin araştırma grubu “Transistorn” yükselticilerini Bell Laboratuvarları transistörü duyurduktan hemen sonra ilan etti.