半導體是一種特殊的材料,其電學性質介于導體和絕緣體之間。
一、物理特性
導電性特點
對溫度、光照等因素的敏感性
溫度對半導體的導電性能影響很大。當溫度升高時,半導體材料內部的價電子獲得足夠的能量,能夠擺脫原子核的束縛,變成自由電子,同時產生空穴(空穴可以看作是帶正電的粒子)。這些自由電子和空穴的數量增加,使得半導體的導電能力增強。例如,純凈的硅在室溫下導電性較差,但當溫度升高到一定程度后,它的導電性能會明顯提升。
光照也會影響半導體的導電性。某些半導體材料在光照時,光子的能量可以使價電子躍遷到導帶(電子能夠自由移動的能帶),從而產生更多的自由電子和空穴,增加導電性。這種特性使得半導體可以用于制造光敏元件,如光敏電阻。光敏電阻在光照強度增加時,電阻值會減小,從而改變電路中的電流。
摻雜特性
半導體可以通過摻雜來改變其導電性能。摻雜是指在純凈的半導體材料中摻入少量的雜質原子。例如,在硅中摻入五價元素(如磷),磷原子會取代硅原子的位置,由于磷原子比硅原子多一個價電子,這個多余的電子很容易成為自由電子,從而使半導體的導電性增強,這種摻雜后的半導體稱為N型半導體。
相反,如果在硅中摻入三價元素(如硼),硼原子會取代硅原子的位置,由于硼原子比硅原子少一個價電子,會形成一個空穴,當周圍的價電子填補這個空穴時,又會產生新的空穴,這些空穴可以移動,使半導體的導電性增強,這種摻雜后的半導體稱為P型半導體。通過這種摻雜方式,可以制造出具有不同電學特性的半導體器件,如二極管、三極管等。
二、應用領域
電子器件制造
半導體是制造集成電路(IC)的關鍵材料。集成電路是現代電子設備的核心部件,它將大量的晶體管、電阻、電容等電子元件集成在一塊小小的半導體芯片上。例如,計算機的CPU(中央處理器)就是一種高度復雜的集成電路,它包含了數十億個晶體管,這些晶體管都是基于半導體材料制造的。晶體管是一種半導體器件,它具有放大、開關等功能,是電子電路中不的可的或的缺的元件。
二極管也是一種常見的半導體器件。它具有單向導電性,即電流只能從一個方向通過,這種特性在整流電路(將交流電轉換為直流電)中非常重要。在電源適配器中,二極管就起到整流的作用,將交流市電轉換為直流電,為電子設備供電。
通信領域
新能源領域