什麼是半導體

除了電導體，自然界中還有許多物質的電導率明顯低於金屬導體。這種類型的物質稱為半導體。

半導體包括：硒、矽、鍺等某些化學元素，硫化鉈、硫化鎘、硫化銀等硫化合物，金剛砂、碳（金剛石）、硼、錫、磷、銻、砷、碲、碘等碳化物, 以及至少包含門捷列夫系統 4-7 族元素之一的化合物。還有有機半導體。

半導體導電性的性質取決於半導體基材中存在的雜質類型及其組成部分的製造技術。

半導體——物質 電導率 10-10 — 104 (ohm x cm)-1 通過這些特性位於導體和絕緣體之間。根據能帶理論，導體、半導體和絕緣體之間的區別如下：在純半導體和電子絕緣體中，填充（價）帶和導帶之間存在禁帶。

為什麼半導體導電

如果半導體雜質原子中的外層電子與這些原子的核的結合相對較弱，則該半導體具有電子導電性。如果在這類半導體中產生一個電場，那麼在這個電場力的作用下，半導體雜質原子的外層電子就會離開它們的原子邊界，成為自由電子。

在電場力的影響下，自由電子將在半導體中產生導電電流。因此，導電半導體中的電流性質與金屬導體中的電流性質相同。但是，由於每單位體積的半導體中的自由電子比每單位體積的金屬導體中的自由電子少很多倍，因此很自然，在所有其他條件相同的情況下，半導體中的電流將比金屬中的電流小很多倍。導體。

如果半導體的雜質原子不僅不放棄它們的外層電子，而且相反地傾向於捕獲半導體主要物質原子的電子，則該半導體具有“空穴”導電性。如果雜質原子從主要物質的原子中奪走電子，則在後者中形成一種電子自由空間 - “空穴”。

失去電子的半導體原子稱為“電子空穴”或簡稱為“空穴”。如果“空穴”充滿了從相鄰原子轉移的電子，那麼它就會被消除，原子變成電中性，“空穴”移動到失去電子的相鄰原子。因此，如果對具有“空穴”傳導的半導體施加電場，則“電子空穴”將沿該場的方向移動。

«電子空穴»在電場作用方向上的偏向類似於電場中正電荷的運動，因此是半導體中的電流現象。

半導體不能根據其導電機制嚴格區分，因為隨著“空穴”導電，該半導體可以具有一定程度的電子導電性。

半導體的特點是：

• 導電類型（電子-n型，空穴-p-型）；

• 反抗;

• 載流子壽命（少數）或擴散長度、表面複合率；

• 位錯密度。

也可以看看： 半導體的電流-電壓特性 矽是最常見的半導體材料

溫度會影響半導體的特性。它的增加主要導致電阻降低，反之亦然，即。半導體的特點是存在負 電阻溫度係數……接近絕對零時，半導體變成絕緣體。

許多設備都是基於半導體的。在大多數情況下，它們必須以單晶的形式獲得。為了獲得所需的特性，半導體中摻雜了各種雜質。對起始半導體材料的純度提出了更高的要求。

半導體設備

半導體熱處理

半導體的熱處理——根據給定的程序加熱和冷卻半導體以改變其電物理特性。

變化：晶體變化、位錯密度、空位或結構缺陷的濃度、導電類型、載流子的濃度、遷移率和壽命。此外，最後四個可能與雜質和結構缺陷的相互作用或雜質在晶體塊中的擴散有關。

將鍺樣品加熱到 > 550 °C 的溫度，然後快速冷卻會導致溫度越高，熱受體的濃度越高。隨後在相同溫度下退火可恢復初始電阻。

這種現象的可能機制是從表面擴散或先前沉積在位錯上的銅在鍺晶格中的溶解。緩慢退火導致銅沉積在結構缺陷上並退出晶格。在快速冷卻過程中也可能出現新的結構缺陷。這兩種機制都可以縮短壽命，這已通過實驗確定。

在溫度為 350 — 500 ° 的矽中，熱供體的形成濃度越高，在晶體生長過程中溶解在矽中的氧氣就越多。在更高的溫度下，熱供體被破壞。

加熱到 700 — 1300 ° 範圍內的溫度會急劇縮短少數載流子的壽命（在 > 1000 ° 時，雜質從表面擴散起決定性作用）。在 1000-1300° 加熱矽會影響光的光學吸收和散射。

半導體應用

在現代技術中，半導體得到了最廣泛的應用。它們對技術進步產生了非常強烈的影響。多虧了它們，才有可能顯著降低電子設備的重量和尺寸。電子學各個領域的發展導致了基於半導體器件的大量不同設備的創造和改進。半導體器件是微電池、微模塊、硬電路等的基礎。

基於半導體器件的電子設備實際上是無慣性的。一個精心構造和密封良好的半導體器件可以持續數万小時。然而，一些半導體材料的溫度限制很小（例如鍺），但不是很困難的溫度補償或用另一種材料（例如矽，碳化矽）替換器件的基礎材料（例如矽，碳化矽）在很大程度上消除了這個缺點。改進半導體器件製造技術的改進導致仍然存在的參數分散和不穩定性降低。

電子產品中的半導體

半導體中產生的半導體-金屬接觸和電子-空穴結（n-p 結）用於製造半導體二極管。雙結（p-n-p 或 n-R-n）——晶體管和晶閘管。這些器件主要用於整流、產生和放大電信號。

半導體的光電特性用於製造光敏電阻、光電二極管和光電晶體管。半導體作為振盪器（放大器）的有源部分 半導體激光器…當電流正向通過 pn 結時，電荷載流子（電子和空穴）與光子的發射重新結合，用於製造 LED。

發光二極管

半導體的熱電特性使製造半導體熱電阻、半導體熱電偶、熱電偶和熱電發電機以及基於珀耳帖效應的半導體熱電冷卻成為可能，即熱電製冷機和熱穩定器。

半導體用於機械熱和太陽能轉換器中的電 - 熱電發電機和光電轉換器（太陽能電池）。

施加到半導體上的機械應力會改變其電阻（效果比金屬強），這是半導體應變儀的基礎。

半導體設備已在世界範圍內廣泛應用，徹底改變了電子產品，它們是以下產品開發和生產的基礎：

• 測量設備、計算機、

• 所有類型的通信和運輸設備，

• 用於工業過程自動化，

• 研究設備，

• 火箭，

• 醫用器材

• 其他電子設備和裝置。

半導體器件的使用允許您創建新設備並改進舊設備，這意味著它可以減小其尺寸、重量和功耗，從而減少電路中的熱量產生，增加強度，立即準備行動，它提供您可以增加電子設備的使用壽命和可靠性。