半导体特性

半导体的特性
半导体主要有以下特性。

1、半导体：导电能力随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化,人们把这一类物质称为半导体。

2、载流子：半导体中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。

自由电子：带负电荷。

空穴:带正电荷。

特性:在外电场的作用下,两种载流子都可以做定向移动,形成电流。

3、电子技术的核心是半导体半导体之所以得到广泛的应用，是因为人们发现半导体有一下的三个特性。

(1)掺杂性:在纯净的半导体中掺入及其微量的杂质元素,则它的导电能力将大大增强。

(2)热敏性:温度升高,将使半导体的导电能力打发增强。

（3)光敏性：对半导体施加光线照射时，光照越强，导电能力越强。

3.P型半导体和N型半导体(重点)N型半导体:主要靠电子导电的半导体。

即:电子是多数载流子,空穴是少数载流子。

P型半导体:主要靠空穴导电的半导体。

即:空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

PN结:经过特殊的工艺加工,将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起,则在两种半导体的交界面就会出现一
个特殊的接触面，称为PN 结。

一、本征半导体的导电特性1.导体、绝缘体和半导体自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。

如金、银、铜、铝、铁等金属材料很容易导电，我们称它们为导休。

导体的电阻率小于10-6cm。

如陶瓷、云母、塑料、橡胶等物质很难导电，我们称它们为绝缘体。

绝缘体的电阻率大于108cm。

有一类物质，如硅、锗、硒、硼及其一部分化合物等，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称之为半导体。

半导体的电阻率在10-6～108之间。

众所周知，导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，它们都是很好的电工材料。

我们用导体制成电线，用绝缘体来防止电的浪费和保障安全。

而半导体却在很长时间被人们所不齿，因为它的导电性能不好，绝缘性能又差。

然而它的不公正待遇随着人们对它所产生的愈来愈浓厚的兴趣消失了，它终于登上了大雅之堂！这是为什么呢？这是因为它具有一些可以被人们所利用的奇妙特性。

半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体。

在什么情况下呢？①掺杂：在纯净的半导体中适当地掺入极微量（百万分之一）的杂质，就可以引起其导电能力成百万倍的增加。

②温度：当温度稍有变化，半导体的导电能力就会有显著变化。

如温度稍有增高，半导体的电阻率就会显著减小。

同理光照也会影响半导体的导电能力。

2.本征半导体的原子结构本征半导体——非常纯净且原子排列整齐的半导体。

（纯度约为99.999999999%。

即杂质含量为10的9次方分之一。

）硅原子一14个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在三层电子轨道上。

锗原子一32个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在四层电子轨道上。

由于原子核带正电与电子电量相等，正常情况下原子呈中性。

由于内层电子受核的束缚较大，很少有离开运动轨道的可能。

所以它们和原子核一起组成惯性核。

外层电子受原子核的束缚较小。

叫做价电子。

硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素，其简化图见电子课件。

半导体及其特性
顾名思义，所谓半导体，就是介于导体与绝缘体之间的一种材料，它的导电能力比导体差得多，而又比绝缘体要好得多。

硅、锗、砷化镓等，都是常用的半导体。

开始，人们对半导体及其优越性没有足够的认识，半导体材料并没有表现出多大的用处。

近几十年来，随着人们发现半导体具有的特殊性能，半导体才逐渐引起全世界的重视，对它的研究和应用发展极快。

现在，从日常生活到现代通讯设备，电子计算机、空间技术等，都离不开半导体。

半导体材料具有如下几个特性：
1．热敏性。

我们知道，温度是影响导体电阻的条件之一，但只有温度变化很大时，才有讨论的实际意义。

半导体材料的电阻随温度的升高而明显变小，有些半导体的温度只要变化百分之几摄氏度，都能观察到它的电阻变化。

我们将半导体材料的电阻对温度变化的敏感性称为半导体的热敏性。

根据半导体的热敏性，我们可以制作热敏电阻，在精密温度的测量、热敏自动控制方面有广泛的应用。

2．光敏性。

用光照射半导体材料时，它的电阻会明显减小，照射光越强，电阻就越小。

我们将半导体材料的电阻对光照反应的敏感性称为光敏性。

光敏性主要被用在自动控制上。

例如，利用光敏电阻加上控制电路，可以做到入夜时路灯自动通电，而太阳一出来，路灯又自动关闭，既方便生活又节省用电。

3．压敏性。

半导体材料受到压力的时候，电阻也会明显减小。

半导体的这种特性称为压敏性，它被广泛用于科学实验的压力测量和自动控制。

半导体的导电特性半导体的导电能力随着外界条件(如温度变化、光照)的不同而有很大的差别。

如果在纯净的半导体中掺人微量的某种杂质后，它的导电能力就可几十万甚至几百万倍地增加，正是由于这种独特的性质,使半导体得到了广泛的应用。

半导体有如下特性。

热敏性:当环境温度升高时，导电能力显著增强。

利用该特性可做成温度敏感元件，如热敏电阻。

光敏性:当受到光照时，导电能力明显变化。

利用该特性可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。

掺杂性:如果在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)，其导电能力明显改变。

利用该特性可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等。

这也是半导体广泛应用的最重要原因。

根据掺杂元素的不同,杂质半导体分为两类:(1)N型半导体在硅或锗的单晶体中掺入磷(或其他五价元素)，可使自由电子的数目大量增加。

这种半导体主要靠电子导电，或者说它的多数载流子是电子，少数载流子是空穴，故称为电子型半导体或N型半导体。

(2)P型半导体如果在硅或锗的单晶体中掺人硼(或其他三价元素)，半导体中就会形成大量的空穴。

这种以空穴导电作为主要导电方式的半导体称为空穴半导体或P型半导体。

其中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。

应当指出，不论是N型半导体，还是P型半导体，虽然掺杂造成了半导体中的多数载流子，但并不使半导体导电，即整个晶体对外仍呈中性。

2PN结的单向导电性在一块晶片上，采取特定的掺杂工艺方法，在两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们的交界面就形成一个特殊的薄层，称为PN结PN结具有单向导电性，当PN结加正向电压时，处于导通状态;PN结加反向电压时，处于截止状态。

PN结是各种半导体器件的共同基础。

半导体的特性大家知道：半导体的导电性能比导体差而比绝缘体强。

实际上，半导体与导体、绝缘体的区别在不仅在于导电能力的不同，更重要的是半导体具有独特的性能（特性）。

1．在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质，半导体的导电性能就会成百万倍的增加—-这是半导体最显著、最突出的特性。

例如，晶体管就是利用这种特性制成的。

2．当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著地增加；当环境温度下降一些时，半导体的导电能力就显著地下降。

这种特性称为“热敏”，热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。

3．当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为“光敏”。

例如，用作自动化控制用的“光电二极管”、“光电三极管”和光敏电阻等，就是利用半导体的光敏特性制成的。

由此可见，温度和光照对晶体管的影响很大。

因此，晶体管不能放在高温和强烈的光照环境中。

在晶体管表面涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。

最后，明确一个基本概验：所谓半导体材料，是一种晶体结构的材料，故“半导体”又叫“晶体”一个PN结构成晶体二极管P性半导体和N型半导体----前面讲过，在纯净的半导体中加入一定类型的微量杂质，能使半导体的导电能力成百万倍的增加。

加入了杂质的半导体可以分为两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生大量的带负电荷的自由电子，这种半导体叫做“N型半导体”（也叫“电子型半导体”）；另一种杂质加到半导体中后，会产生大量带正电荷的“空穴”，这种半导体叫“P型半导体”（也叫“空穴型半导体”）。

例如，在纯净的半导体锗中，加入微量的杂质锑，就能形成N型半导体。

同样，如果在纯净的锗中，加入微量的杂质铟，就形成P型半导体。

一个PN结构成晶体二极管----设法把P型半导体（有大量的带正电荷的空穴）和N型半导体（有大量的带负电荷的自由电子）结合在一起，见图1所示。

半导体材料的物理特性及其应用半导体材料是一种在电学上介于导体和绝缘体之间的材料。

它有一些特殊的物理性质，使它能在电子学、光电子学、半导体器件等领域发挥重要作用。

本文将介绍几种常见的半导体材料及其物理特性与应用。

1. 硅材料硅是最常用的半导体材料，它具有良好的电性能、热稳定性和化学稳定性。

硅具有典型的共价键特性，原子核和价电子的积极电性恰好相互抵消，在正常条件下不会使电子“自由跑动”。

但是，当添加少量的杂质如硼或磷等，硅就成为P型或N型半导体。

P型半导体低浓度地掺入三价杂质（B、Al等）后，在晶体中形成空穴，因此称为空穴型半导体。

N型半导体则在硅中高浓度地掺入五价杂质（P、As等），在晶体中形成自由电子。

因此，N型半导体被称为电子型半导体。

硅材料广泛应用于集成电路(IC)的制造中。

集成电路是电子元器件在一个微小的芯片上集成在一起，实现高度集成和微型化。

硅制造的集成电路的优点是体积小、处理速度快、噪声低、功耗小、寿命长等。

2. 石墨烯石墨烯是一种二维的碳材料，由一个单层碳原子组成的单层网格构成。

它具有高导电性、高透明度、高热传导性和高机械强度等特点。

这种半导体材料能够在多种领域产生重要的应用。

在电子学领域，石墨烯可以成为下一代集成电路的有力竞争者。

由于它非常薄，因此石墨烯集成电路能够在非常小的尺寸内承载更多的电子元器件，从而实现更高的性能和功率密度。

此外，石墨烯还可以用作高性能的透明导电膜，例如用于太阳能电池板和液晶显示器。

3. 氮化硅氮化硅是另一种常见的半导体材料，也被称为GaN。

它具有优异的电学、光学和热学特性，包括高电子迁移率、高耐高温性和高光电转换效率。

这些特性使氮化硅在高功率电子装置、蓝色LED、激光二极管和高速通信等领域有广泛的应用。

氮化硅的应用之一是制造蓝色LED。

蓝色LED是在1990年代初期开发出的强光源，此后用于白色汽车前照灯、车内照明和LCD背光源等产品，使LED在照明和显示领域得到广泛应用。