半导体是什么?半导体有什么用?可以讲讲吗?

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半导体是什么?半导体有什么用?

半导体是什么?举个例子,我们都知道金属铜是导体,观察它的原子结构图就会发现它的最外层只有一个电子,我们把这个电子称为假电子。因为原子核与价电子之间的吸引力较小,所以一旦受到外力吸引,这个垫子就很容易脱离铜原子,成为一个自由电子,这也是同能够成为导体的主要原因。同理,观察绝缘体的原子结构就会发现他们通常拥有八个加电子及其稳定。顾名思义,半导体应介于二者之间。

那么它的原子结构又是怎么样的呢?观察元素周期表就可以发现,在导体和绝缘体的分界线附近的元素就是制作半导体的重要材料,硅元素当然是最有影响力的一个,观察原子结构图就会发现它的最外层有四个电子,要想达到平衡,不是舍弃四个垫子,就是在拉拢四个电子,而归原子在排列时巧妙地共享了上下左右四个电子,手拉着手,组成了稳定八电子结构,也就是共价键。

那么硅的导电性又从何而来呢?当温度大于绝对零度时,处于价带的电子就可能发生跃迁,变成自由电子,同时原来的位置上就会形成一个空穴,也就是说,归经体内会存在等量的自由电子和空穴,他们都可以起到导电的作用,这就是纯净半导体,也叫做本征半导体。它的结构虽然完美,但是想要增加半导体的导电能力,还需要掺杂其他元素。当我们把硅原子替换成五价磷原子时,就可以提高自由电子的浓度,得到N型半导体。

同理,如果用最外层只有三个电子的硼原子替换硅原子,提高空穴的浓度,就可以得到P型半导体,那么把这两种类型的半导体连接在一起会发生什么呢?N级的电子迫切的想扩散到P区,P区空穴拼命想要扩散到N区,这时就会形成一个由N指向P的内电场,阻止扩散进行,在二者达到动态平衡之后,就会在交界面形成一个空间电荷区,这就是PN结。

PN结具有单向导电性,我们常见的二极管便是利用这个特性制成的。而利用太阳光照射PN结,就会激发产生电子空穴,对经过界面层的电荷分离,就会形成一个由P指向N的光生电场,这就是光生伏特效应,也是太阳能电池的基本原理。

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