什么是半导体

除了电导体，自然界中还有许多物质的电导率明显低于金属导体。这种类型的物质称为半导体。

半导体包括：硒、硅、锗等某些化学元素，硫化铊、硫化镉、硫化银等硫化合物，金刚砂、碳（金刚石）、硼、锡、磷、锑、砷、碲、碘等碳化物, 以及至少包含门捷列夫系统 4-7 族元素之一的化合物。还有有机半导体。

半导体导电性的性质取决于半导体基材中存在的杂质类型及其组成部分的制造技术。

半导体——物质 电导率 10-10 — 104 (ohm x cm)-1 通过这些特性位于导体和绝缘体之间。根据能带理论，导体、半导体和绝缘体之间的区别如下：在纯半导体和电子绝缘体中，填充（价）带和导带之间存在禁带。

为什么半导体导电

如果半导体的杂质原子中的外层电子与这些原子的核的结合相对较弱，则该半导体具有电子导电性。如果在这类半导体中产生一个电场，那么在这个电场力的作用下，半导体杂质原子的外层电子就会离开它们的原子边界，成为自由电子。

在电场力的影响下，自由电子将在半导体中产生导电电流。因此，导电半导体中的电流性质与金属导体中的电流性质相同。但是，由于每单位体积的半导体中的自由电子比每单位体积的金属导体中的自由电子少很多倍，因此很自然，在所有其他条件相同的情况下，半导体中的电流将比金属中的电流小很多倍。导体。

如果半导体的杂质原子不仅不放弃其外层电子，而且相反地倾向于捕获半导体主要物质原子的电子，则该半导体具有“空穴”导电性。如果杂质原子从主要物质的原子中夺走电子，则在后者中形成一种电子自由空间 - “空穴”。

失去电子的半导体原子称为“电子空穴”或简称为“空穴”。如果“空穴”充满了从相邻原子转移的电子，那么它就会被消除，原子变成电中性，“空穴”移动到失去电子的相邻原子。因此，如果对具有“空穴”传导的半导体施加电场，则“电子空穴”将沿该场的方向移动。

«电子空穴»在电场作用方向上的偏向类似于电场中正电荷的运动，因此是半导体中的电流现象。

半导体不能根据其导电机制严格区分，因为随着“空穴”导电，该半导体可以具有一定程度的电子导电性。

半导体的特点是：

• 导电类型（电子-n型，空穴-p-型）；

• 反抗;

• 载流子寿命（少数）或扩散长度、表面复合率；

• 位错密度。

也可以看看： 半导体的电流-电压特性 硅是最常见的半导体材料

温度会影响半导体的特性。它的增加主要导致电阻降低，反之亦然，即。半导体的特点是存在负 电阻温度系数……接近绝对零时，半导体变成绝缘体。

许多设备都是基于半导体的。在大多数情况下，它们必须以单晶的形式获得。为了获得所需的特性，半导体中掺杂了各种杂质。对起始半导体材料的纯度提出了更高的要求。

半导体设备

半导体热处理

半导体的热处理——根据给定的程序加热和冷却半导体以改变其电物理特性。

变化：晶体变化、位错密度、空位或结构缺陷的浓度、导电类型、载​​流子的浓度、迁移率和寿命。此外，最后四个可能与杂质和结构缺陷的相互作用或杂质在晶体主体中的扩散有关。

将锗样品加热到 > 550 °C 的温度，然后快速冷却会导致温度越高，热受体的浓度越高。随后在相同温度下退火可恢复初始电阻。

这种现象的可能机制是从表面扩散或先前沉积在位错上的铜在锗晶格中的溶解。缓慢退火导致铜沉积在结构缺陷上并退出晶格。在快速冷却过程中也可能出现新的结构缺陷。这两种机制都可以减少寿命，这已通过实验确定。

在温度为 350 — 500 ° 的硅中，热供体的形成浓度越高，在晶体生长过程中溶解在硅中的氧气就越多。在更高的温度下，热供体被破坏。

加热到 700 — 1300 ° 范围内的温度会急剧缩短少数载流子的寿命（在 > 1000 ° 时，杂质从表面扩散起决定性作用）。在 1000-1300° 加热硅会影响光的光学吸收和散射。

半导体应用

在现代技术中，半导体得到了最广泛的应用。它们对技术进步产生了非常强烈的影响。多亏了它们，才有可能显着降低电子设备的重量和尺寸。电子学各个领域的发展导致了基于半导体器件的大量不同设备的创造和改进。半导体器件是微电池、微模块、硬电路等的基础。

基于半导体器件的电子设备实际上是无惯性的。一个精心构造和密封良好的半导体器件可以持续数万小时。然而，一些半导体材料的温度限制很小（例如锗），但不是很困难的温度补偿或用另一种材料（例如硅，碳化硅）替换器件的基础材料（例如硅，碳化硅）在很大程度上消除了这个缺点。改进半导体器件制造技术的改进导致仍然存在的参数分散和不稳定性降低。

电子产品中的半导体

半导体中产生的半导体-金属接触和电子-空穴结（n-p 结）用于制造半导体二极管。双结（p-n-p 或 n-R-n）——晶体管和晶闸管。这些器件主要用于整流、产生和放大电信号。

半导体的光电特性用于制造光敏电阻、光电二极管和光电晶体管。半导体作为振荡器（放大器）的有源部分 半导体激光器…当电流正向通过 pn 结时，电荷载流子（电子和空穴）与光子的发射重新结合，用于制造 LED。

发光二极管

半导体的热电特性使制造半导体热电阻、半导体热电偶、热电偶和热电发电机以及基于珀耳帖效应的半导体热电冷却成为可能，即热电制冷机和热稳定器。

半导体用于机械热和太阳能转换器中的电 - 热电发电机和光电转换器（太阳能电池）。

施加到半导体上的机械应力会改变其电阻（效果比金属强），这是半导体应变仪的基础。

半导体设备已在世界范围内广泛应用，彻底改变了电子产品，它们是以下产品开发和生产的基础：

• 测量设备、计算机、

• 所有类型的通信和运输设备，

• 用于工业过程自动化，

• 研究设备，

• 火箭，

• 医用器材

• 其他电子设备和设备。

半导体器件的使用允许您创建新设备并改进旧设备，这意味着它可以减小其尺寸、重量和功耗，从而减少电路中的热量产生，增加强度，立即准备行动，它提供您可以增加电子设备的使用寿命和可靠性。