半导体的原理是什么?

半导体的原理是什么?,第1张

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物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、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。

本征半导体:不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体的价带是满带(见能带理论),受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴。空穴导电并不是实际运动,而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动 [1]  。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下,电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子密度,从而具有一定的电阻率。温度升高时,将产生更多的电子- 空穴对,载流子密度增加,电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。

首先是半导体是指室温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。半导体是指具有可控导电性的材料,范围从绝缘体到导体。从科学技术和经济发展的角度来看,半导体影响着人们的日常工作和生活,直到20世纪30年代,这种材料才得到学术界的认可。常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。硅是最有影响力的半导体材料之一。

其次是具有光伏的作用。半导体材料的光伏效应是太阳能电池工作的基本原理。目前,半导体材料的光伏应用已成为热点,是全球增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要材料是半导体材料,判断太阳能电池好坏的主要标准是光电转换率。光电转换率越高,太阳能电池的工作效率就越高。根据所用半导体材料的不同,太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池和III-V族化合物电池。

再者是原理是接通电源后,发射结正向连接。在正向电场的作用下,发射区多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此,发射区的电子在外电场的作用下很容易越过发射结进入基区,形成电子流IEN(注意电流的方向与电子运动的方向相反)。当然,基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区,形成空穴电流IEP。然而,由于基区中的低杂质浓度,与来自发射区的电子流相比,

要知道的是在半导体的pn结上施加直流电压,P型区的空穴向N型区移动,N型区的电子向P型区移动。当电子和空穴在pn结界面附近结合时,将发射具有对应于半导体带隙的能量的光。使用带隙大的半导体可以获得高能光,比如可见光;低能光,如红外光,可以通过使用现代宽度小的半导体获得。


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