半導體的物理性質

“ 半導體 ” 這個名稱廣為人知，但是什么是半導體？

半導體具有特定的電性能。導電的物質稱為導體，不導電的物質稱為絕緣體。半導體是性質介于兩者之間的物質。

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

半導體幾乎不導電。但是，當將某些元素添加到半導體中時，電流很容易通過它們。

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

原子由原子核和繞原子核運動的電子組成。

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，半導體和絕緣體的能帶結構彼此不同。

在金屬中，導帶和價帶非常接近，甚至可能重疊，并且費米能（Ef）位于內部。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生了金屬的電流。

在半導體和絕緣體中，價帶和導帶由足夠寬度的禁止能隙（Eg）隔開，費米能（Ef）在價帶和導帶之間。為了到達導帶，電子必須獲得足夠的能量以跳過帶隙。一旦完成，就可以進行自由移動。

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

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，因此電子越過導帶所需的能量實際上足夠大。絕緣體不容易導電。這意味著絕緣子的電導率非常差。

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

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

另一方面，將三價硼（B）等添加到p型半導體中。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。結果，在價帶中形成空穴，這有助于導電性。
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