特性和参数 半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体,常温下其电阻率很高,是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后,由于杂质原子提供导电载流子,使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体,靠价带空穴导电的称P型半导体。不同类型半导体间接触(构成PN结)或半导体与金属接触时,因电子(或空穴)浓度差而产生扩散,在接触处形成位垒,因而这类接触具有单向导电性。利用PN结的单向导电性,可以制成具有不同功能的半导体器件,如二极管、三极管、晶闸管等。此外,半导体材料的导电性对外界条件(如热、光、电、磁等因素)的变化非常敏感,据此可以制造各种敏感元件,用于信息转换。
半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定,反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用(如光或电场)下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度,对于非晶态半导体材料,则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别 ,更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下,其特性的量值差别。
半导体系指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如电脑、行动电话或是数位录放音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有矽、锗、砷化镓等,而矽更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。
材料的导电性是由「传导带」(conduction band)中含有的电子数量决定。当电子从「价带」(valence band)获得能量而跳跃至「导电带」时,电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的「能隙」非常小,在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电,而绝缘材料则因为能隙很大(通常大于9电子伏特),电子很难跳跃至导电带,所以无法导电。
一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特,介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发,或是改变其能隙之间距,此材料就能导电。
半导体通过电子传导或电洞传导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似,即在电场作用下高度离子化(ionization)的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。电洞导电则是指在正离子化的材料中,原子核外由于电子缺失形成的「电洞」,在电场作用下,电洞被少数的电子补入而造成电洞移动所形成的电流(一般称为正电流)。
材料中载子(carrier)的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他「杂质」(三、五族元素)来控制。如果我们在纯矽中掺杂(doping)少许的砷或磷(最外层有五个电子),就会多出一个自由电子,这样就形成N型半导体;如果我们在纯矽中掺入少许的硼(最外层有三个电子),就反而少了一个电子,而形成一个电洞(电洞),这样就形成P型半导体(少了一个带负电荷的电子,可视为多了一个正电荷)。,参考: zh. *** /w/index?title=%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E9%AB%94&variant=zh-,
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