半导体是什么？半导体有什么用？可以讲讲吗？

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。

顾名思义：导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）．

用处： 最早的实用“半导体”是「电晶体（Transistor）/ 二极体（Diode）」。

一、在 无�电收音机（Radio）及 电视机（Television）中，作为“讯号放大器 /整流器”用。

二、近来发展「太阳能（Solar Power）」，也用在「光电池（Solar Cell）」中。

三、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1摄氏度，甚至达到0.01度也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300摄氏度，是性价比极高的一种测温元件。

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K时,水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的，对一般人来说算是极低的温度。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。

用处：超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。

由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。

超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。

超导发电机 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。

磁流体发电机 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为5万～6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。

超导输电线路 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。

广阔的超导应用

高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。

超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。

超导计算机 高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。

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