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第1节半导体的基础知识1.1.1 本征半导体纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。
常用的半导体材料有：硅和锗。
它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。
共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。
在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流;一般来说，共价键中的价电子不完全象绝缘体中价电子所受束缚那样强，如果能从外界获得一定的能量(如光照、升温、电磁场激发等)，一些价电子就可能挣脱共价键的束缚而成为自由电子，将这种物理现象称作为本征激发。
本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合，在一定温度下达到动态平衡，载流子便维持一定数目。
温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好。
所以，温度对半导体器件性能的影响很大。
1.1.2 掺杂半导体相对而言，本征半导体中载流子数目极少，导电能力仍然很低。
但如果在其中掺入微量的杂质，所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。
由于掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为N型和P型两大类。
N型半导体中掺入的杂质为磷或其他五价元素，磷原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，多余的第五个价电子很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子，于是半导体中的自由电子数目大量增加，自由电子成为多数载流子，空穴则成为少数载流子。
P型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素，硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴，于是半导体中的空穴数目大量增加，空穴成为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。
《半导体光子学》导学案导学案：《半导体光子学》导学目标：了解半导体光子学的基本知识，掌握光子学在半导体材料中的应用，深入理解光子学与半导体材料的关系，为后续学习打下基础。
导学内容：一、什么是半导体光子学半导体光子学是研究光与半导体材料相互作用的学科，主要研究半导体材料对光的吸收、发射、传输和调控等过程。
在半导体光子学中，光子是指光的量子。
二、半导体光子学的基本原理1. 光的吸收与发射半导体材料具有能带结构，当光照射到半导体材料上时，光子与电子会发生相互作用，导致电子跃迁到更高能级或从高能级跃迁到低能级释放能量，产生吸收或发射光子的现象。
2. 光的传输在半导体材料中，光子的传输可以通过反射、折射和散射等方式实现。
根据光的传输特性，可以设计制作光导纤维、光波导等器件，用于光通信、光传感等领域。
3. 光的调控通过对半导体材料进行掺杂、应力引入、温度调节等方法，可以改变半导体材料对光的吸收、发射和传输能力，实现光的调控。
例如，调制器可以利用光的吸收特性来实现光信号的调制。
三、半导体光子学的应用1. 光通信光通信是利用光传输信息的通信方式，半导体光子学在光通信领域起着重要的作用。
利用半导体材料的吸收、发射和传输特性，可以实现高速、大容量的光通信系统。
2. 光存储利用半导体材料的特性，如量子阱结构等，可以实现光存储器件。
光存储器件具有非易失性、快速读写等特点，被广泛应用于信息存储领域。
3. 光传感半导体光子学在光传感领域有广泛的应用。
利用半导体材料对光的敏感性，可以设计制作各种光传感器，用于检测温度、气体、压力等物理量。
4. 激光器半导体光子学在激光器领域也发挥着重要作用。
利用半导体材料的特性，可以实现小型化、低成本的激光器器件，并广泛应用于激光切割、激光显示等领域。
四、半导体光子学的发展趋势随着科技的不断进步，半导体光子学领域也在不断发展。
未来，随着新材料、新器件的不断涌现，半导体光子学将在光通信、光计算、光传感等领域展现更大的应用潜力。
