半导体是什么东西？

半导体是指导电能力介于金属和绝缘体之间的固体材料。按内部电子结构区分，半导体与绝缘体相似，它们所含的价电子数恰好能填满价带，并由禁带和上面的导带隔开。半导体与绝缘体的区别是禁带较窄，在2～3电子伏以下。

典型的半导体是以共价键结合为主的，比如晶体硅和锗。半导体靠导带中的电子或价带中的空穴导电。它的导电性一般通过掺入杂质原子取代原来的原子来控制。掺入的原子如果比原来的原子多一个价电子，则产生电子导电；如果掺入的杂质原子比原来的原子少一个价电子，则产生空穴导电。

半导体的应用十分广泛，主要是制成有特殊功能的元器件，如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等。

半导体材料主要用来制做晶体管、集成电路、固态激光器的探测器等器件。1906年发明真空三极管，奠定了本世纪上半叶无线电电子学发展的基础，但采用真空管的装备体积笨重、能耗大、故障率高。1948年发明了半导体晶体管，使电子设备走向小型化、轻量化、省能化，晶体管的功耗仅为电子管的百万分之一。1958年出现了集成电路。集成电路的发展带来了电子计算机的微小型化，从而使人类社会掀开了信息时代新的一页。目前制造集成电路的主要材料是硅单晶。硅的主要特性是机械强度高、结晶性好、自然界中储量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的硅单晶。可以说，硅材料是大规模集成电路的基石。

硅固然是取之不尽、用之不竭的原材料，但化合物半导体材料，如砷化镓很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体材料。因为与硅相比，砷化镓具有更高的禁带宽度，因而砷化镓嚣器件可以用于更高的工作温度，又由于它具有更高的电子迁移率，所以可用于要求更高频率和更高开关速度的场合，这也就使它成为制造高速计算机的关键材料。砷化镓材料更重要的一个特性是它的光电效应，可以使它成为激光光源，这是实现光纤通讯的关键。因而预计砷化镓材料在世纪之交的90年代将有一个大发展。

在高真空条件下，采用分子速外延（MBE）、化学气相沉积（CVD）、液相外延（LPE）金属有机化学气相沉积（MOCVD）、化学束外延（CBE）等方法，在晶体衬底上一层叠一层地生长出不同材料的薄膜来，每层只有几个原子层，这样生长出来的材料叫超晶格材料。超晶格的出现将为半导体材料、器件的发展开辟更新的天地。

电荷耦合器件（charge-coupled device，CCD)是一种用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。

电荷耦合器件由美国贝尔实验室的W.S.博伊尔和G.E.史密斯于1969年发明，它由一组规则排列的金属-氧化物-半导体（ MOS）电容器阵列和输入、输出电路组成。电荷耦合器件用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。

原理：

CCD的雏形是在N型或 P型硅衬底上生长一层二氧化硅薄层，再在二氧化硅层上淀积并光刻腐蚀出金属电极，这些规则排列的金属-氧化物-半导体电容器阵列和适当的输入、输出电路就构成基本的 CCD移位寄存器。对金属栅电极施加时钟脉冲，在对应栅电极下的半导体内就形成可储存少数载流子的势阱。可用光注入或电注入的方法将信号电荷输入势阱。然后周期性地改变时钟脉冲的相位和幅度，势阱深度则随时间相应地变化，从而使注入的信号电荷在半导体内作定向传输。CCD 输出是通过反相偏置PN结收集电荷，然后放大、复位，以离散信号输出。

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