計(jì)算機(jī)應(yīng)用
半導(dǎo)體介于導(dǎo)體與非導(dǎo)體間之物質(zhì)(如硅或鍺),故其導(dǎo)電性居于金屬與絕緣體之間,并隨溫度而增加。半導(dǎo)體材料,呈中度至高度之電阻性(視制造之際所摻雜之物質(zhì)而定)。純半導(dǎo)體材料( 稱為內(nèi)質(zhì)半導(dǎo)體),導(dǎo)電性低;若于其中添加特定類型之雜質(zhì)原子(成為外質(zhì)半導(dǎo)體),則可大為增加其導(dǎo)電性。施體雜質(zhì)(5價(jià))可大量增加電子數(shù)目,而產(chǎn)生負(fù)型半導(dǎo)體;受體雜質(zhì)(3價(jià))則大量增加電洞數(shù)目,而產(chǎn)生正型半導(dǎo)體。此種外質(zhì)半導(dǎo)體之導(dǎo)電性,端視其中雜質(zhì)之類型及總量而定。不同導(dǎo)電性之半導(dǎo)體若經(jīng)集合一起,可形成各種接面; 此即為半導(dǎo)體裝置(供作電子組件使用)之基礎(chǔ)。半導(dǎo)體一詞,亦常意指此類裝置本身(如晶體管、集成電路等)。
以導(dǎo)電性來(lái)說(shuō),應(yīng)該知道有所謂的導(dǎo)體和絕緣體;而介于兩者之間,導(dǎo)電性比金屬導(dǎo)體小很多,卻比絕緣體來(lái)得好的物質(zhì),就叫做『半導(dǎo)體』或『半金屬』。
一般而言,硅(Si)是常用的半導(dǎo)體材料,在硅中摻入微量的砷(As)、磷(P)或硼(B),就能改變硅的導(dǎo)電特性,形成n型(負(fù)性)或p型(正性)半導(dǎo)體。n型?p型?是什么意思呢?下面簡(jiǎn)單說(shuō)明:
硅原子的z外層有四個(gè)電子,純硅原子間以共價(jià)(共享電子)的方式,形成一相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài)。由于缺少自由電子,因此,純硅的導(dǎo)電性極差。但是,如果我們?cè)诩児柚袚饺耄╠oping)少許的砷或磷(z外層有五個(gè)電子),就會(huì)多出一個(gè)自由電子,這樣就形成n型半導(dǎo)體;如果我們?cè)诩児柚袚饺肷僭S的硼(z外層有三個(gè)電子),就反而少了一個(gè)電子,而形成一個(gè)電洞,這樣就形成p型半導(dǎo)體(少了一個(gè)帶負(fù)電荷的電子,可視為多了一個(gè)正電荷)。此時(shí)若在硅晶兩端加電壓,就能使電子產(chǎn)生自由移動(dòng)而顯著地增加其導(dǎo)電性。
除了n型和p型半導(dǎo)體,如果把兩者連接起來(lái),在它們的接合面會(huì)有特殊情形產(chǎn)生,我們把這個(gè)面稱為p-n型接面(p-n junction)。一般熟知的晶體管、二極管等電子組件,就是利用p-n型接面而形成的。
半導(dǎo)體的重要性,在于我們可以利用改變半導(dǎo)體的電容,制成各種半導(dǎo)體組件,而使得電子工業(yè)、光學(xué)工業(yè)和能量系統(tǒng)都產(chǎn)生重大改進(jìn)(如雷射、太陽(yáng)能電池),近年來(lái)更廣泛運(yùn)用在計(jì)算機(jī)的芯片中。
半導(dǎo)體<semicondcctor>,顧名思義,是導(dǎo)電力介于金屬等導(dǎo)體和玻璃等飛導(dǎo)電體的物質(zhì).若以導(dǎo)電率來(lái)看,半導(dǎo)體大致位于1e3-10(ohm-cm)間<這只是概分>.是溫下鋁的電阻系數(shù)為2.5e-6 ohm-cm,而玻璃則幾乎無(wú)限大.會(huì)有這種現(xiàn)象是因?yàn)槲镔|(zhì)內(nèi)部電子分布在不同的能量范圍<或稱能帶>內(nèi),其中可讓電子自由移動(dòng)的能帶稱為導(dǎo)電帶,除非導(dǎo)帶內(nèi)有電子可自由活動(dòng),否則物質(zhì)將無(wú)法經(jīng)由電子來(lái)傳導(dǎo)電流.其它能帶<導(dǎo)電帶>的電子必須要克服能量障礙<指能隙>躍升致電導(dǎo)電帶后,方可成為導(dǎo)電電子.例如玻璃,即是因?yàn)檫@能隙太大,使得電子再是溫下無(wú)法躍至導(dǎo)電帶后自由活動(dòng),所以是非導(dǎo)體.
至于半導(dǎo)體,其能量障礙不是很大,低于非導(dǎo)體,所以在高溫,照光等給予能量的狀況或是地加入一些可減小能量障礙的元素,便可以改變其電阻值,成為電的良導(dǎo)體.電子工業(yè)是利用半導(dǎo)體這種可隨環(huán)境,參質(zhì)的加入等而改變其導(dǎo)電能力的特性,發(fā)展出多項(xiàng)的應(yīng)用產(chǎn)品.
半導(dǎo)體的材料又可分為元素半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體.元素半導(dǎo)體是由一元素所組成的半導(dǎo)體,如Si,Ge等;化合物半導(dǎo)體則是兩種以上的元素所組成的半導(dǎo)體,如GaAs,Zns等,常運(yùn)用于光電或高速組件中.
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