半導(dǎo)體的物理性質(zhì)

“ 半導(dǎo)體 ” 這個名稱廣為人知，但是什么是半導(dǎo)體？

半導(dǎo)體具有特定的電性能。導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，不導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體。半導(dǎo)體是性質(zhì)介于兩者之間的物質(zhì)。

導(dǎo)電性可以由電阻率表示。諸如金，銀和銅的導(dǎo)體具有低電阻并且容易導(dǎo)電。橡膠，玻璃和陶瓷等絕緣子具有高電阻，并且難以通過電。半導(dǎo)體類具有介于兩者之間的屬性。它們的電阻率可能會根據(jù)溫度而變化。在低溫下，幾乎沒有電流通過它們。但是，當(dāng)溫度升高時，電流很容易通過它們。

半導(dǎo)體幾乎不導(dǎo)電。但是，當(dāng)將某些元素添加到半導(dǎo)體中時，電流很容易通過它們。

半導(dǎo)體包括單個元件被稱為元素半導(dǎo)體，包括著名的半導(dǎo)體材料的硅。在另一方面，半導(dǎo)體制成兩種或多種化合物被稱為化合物的向上半導(dǎo)體，并且用于半導(dǎo)體激光器，發(fā)光二極管等。

原子由原子核和繞原子核運(yùn)動的電子組成。

電子無法在圍繞原子核的原子空間中的任何距離處繞原子核運(yùn)行，但只允許某些非常特殊的軌道，并且僅以特定的離散能級存在。這些能量稱為能級。大量原子聚集形成晶體，并在固體材料中相互作用，然后能級間距變得如此緊密，以至于它們形成能帶。金屬，半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)彼此不同。

在金屬中，導(dǎo)帶和價帶非常接近，甚至可能重疊，并且費(fèi)米能（Ef）位于內(nèi)部。這意味著金屬始終具有可以自由移動的電子，因此始終可以攜帶電流。這樣的電子稱為自由電子。這些自由電子的流過產(chǎn)生了金屬的電流。

在半導(dǎo)體和絕緣體中，價帶和導(dǎo)帶由足夠?qū)挾鹊慕鼓芟叮‥g）隔開，費(fèi)米能（Ef）在價帶和導(dǎo)帶之間。為了到達(dá)導(dǎo)帶，電子必須獲得足夠的能量以跳過帶隙。一旦完成，就可以進(jìn)行自由移動。

在室溫下的半導(dǎo)體中，帶隙較小，在半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有限的情況下，有足夠的熱能使電子相當(dāng)容易地跳過該間隙并在導(dǎo)帶中進(jìn)行躍遷。在低溫下，沒有電子擁有足夠的能量來占據(jù)導(dǎo)帶，因此電荷不可能移動。在絕對值為零時，半導(dǎo)體是理想的絕緣體。室溫下導(dǎo)帶中的電子密度不如金屬中高，因此不能像金屬一樣導(dǎo)電。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率不如金屬，但不如絕緣體那么差。因此，這種材料稱為半導(dǎo)體-表示半導(dǎo)體。

絕緣子的帶隙很大，因此幾乎沒有電子可以跳過該間隙。因此，電流在絕緣子中不容易流動。絕緣體和半導(dǎo)體之間的差異是帶隙能量的大小。在絕緣體中，禁帶非常大，因此電子越過導(dǎo)帶所需的能量實(shí)際上足夠大。絕緣體不容易導(dǎo)電。這意味著絕緣子的電導(dǎo)率非常差。

用于IC等的半導(dǎo)體晶體是99.999999999％的高純度單晶硅，但是在實(shí)際制作電路時，會添加雜質(zhì)以控制電性能。根據(jù)所添加的雜質(zhì)，它們成為n型和p型半導(dǎo)體。

將五價磷（P）或砷（As）添加到用于n型半導(dǎo)體的高純度硅中。這些雜質(zhì)稱為施主。施主的能級位于導(dǎo)帶附近，即能隙小。然后，處于該能級的電子容易被激發(fā)到導(dǎo)帶并有助于導(dǎo)電。

另一方面，將三價硼（B）等添加到p型半導(dǎo)體中。這稱為受體。受體的能級接近價帶。由于此處沒有電子，因此價帶中的電子被激發(fā)。結(jié)果，在價帶中形成空穴，這有助于導(dǎo)電性。
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