半导体是一种特殊的材料,其电学性质介于导体和绝缘体之间。
一、物理特性
导电性特点
对温度、光照等因素的敏感性
温度对半导体的导电性能影响很大。当温度升高时,半导体材料内部的价电子获得足够的能量,能够摆脱原子核的束缚,变成自由电子,同时产生空穴(空穴可以看作是带正电的粒子)。这些自由电子和空穴的数量增加,使得半导体的导电能力增强。例如,纯净的硅在室温下导电性较差,但当温度升高到一定程度后,它的导电性能会明显提升。
光照也会影响半导体的导电性。某些半导体材料在光照时,光子的能量可以使价电子跃迁到导带(电子能够自由移动的能带),从而产生更多的自由电子和空穴,增加导电性。这种特性使得半导体可以用于制造光敏元件,如光敏电阻。光敏电阻在光照强度增加时,电阻值会减小,从而改变电路中的电流。
掺杂特性
半导体可以通过掺杂来改变其导电性能。掺杂是指在纯净的半导体材料中掺入少量的杂质原子。例如,在硅中掺入五价元素(如磷),磷原子会取代硅原子的位置,由于磷原子比硅原子多一个价电子,这个多余的电子很容易成为自由电子,从而使半导体的导电性增强,这种掺杂后的半导体称为N型半导体。
相反,如果在硅中掺入三价元素(如硼),硼原子会取代硅原子的位置,由于硼原子比硅原子少一个价电子,会形成一个空穴,当周围的价电子填补这个空穴时,又会产生新的空穴,这些空穴可以移动,使半导体的导电性增强,这种掺杂后的半导体称为P型半导体。通过这种掺杂方式,可以制造出具有不同电学特性的半导体器件,如二极管、三极管等。
二、应用领域
电子器件制造
半导体是制造集成电路(IC)的关键材料。集成电路是现代电子设备的核心部件,它将大量的晶体管、电阻、电容等电子元件集成在一块小小的半导体芯片上。例如,计算机的CPU(中央处理器)就是一种高度复杂的集成电路,它包含了数十亿个晶体管,这些晶体管都是基于半导体材料制造的。晶体管是一种半导体器件,它具有放大、开关等功能,是电子电路中不的可的或的缺的元件。
二极管也是一种常见的半导体器件。它具有单向导电性,即电流只能从一个方向通过,这种特性在整流电路(将交流电转换为直流电)中非常重要。在电源适配器中,二极管就起到整流的作用,将交流市电转换为直流电,为电子设备供电。
通信领域
新能源领域