半导体是什么东西?

半导体是什么东西?,第1张

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。

半导体是电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。

半导体室温时电阻率约在10-5~107欧·米之间,温度升高时电阻率指数则减小。

半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。

锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物(砷化镓、磷化镓等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。

半导体分为本征半导体和杂质半导体。杂质半导体就是我们制作晶体管用的。阁下学将要学电子的吧,。


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