半导体的物理性质

“ 半导体 ” 这个名称广为人知，但是什么是半导体？

半导体具有特定的电性能。导电的物质称为导体，不导电的物质称为绝缘体。半导体是性质介于两者之间的物质。

导电性可以由电阻率表示。诸如金，银和铜的导体具有低电阻并且容易导电。橡胶，玻璃和陶瓷等绝缘子具有高电阻，并且难以通过电。半导体类具有介于两者之间的属性。它们的电阻率可能会根据温度而变化。在低温下，几乎没有电流通过它们。但是，当温度升高时，电流很容易通过它们。

半导体几乎不导电。但是，当将某些元素添加到半导体中时，电流很容易通过它们。

半导体包括单个元件被称为元素半导体，包括著名的半导体材料的硅。在另一方面，半导体制成两种或多种化合物被称为化合物的向上半导体，并且用于半导体激光器，发光二极管等。

能带

原子由原子核和绕原子核运动的电子组成。

电子无法在围绕原子核的原子空间中的任何距离处绕原子核运行，但只允许某些非常特殊的轨道，并且仅以特定的离散能级存在。这些能量称为能级。大量原子聚集形成晶体，并在固体材料中相互作用，然后能级间距变得如此紧密，以至于它们形成能带。金属，半导体和绝缘体的能带结构彼此不同，它们的能带结构如下图所示。

在金属中，导带和价带非常接近，甚至可能重叠，并且费米能（Ef）位于内部。这意味着金属始终具有可以自由移动的电子，因此始终可以携带电流。这样的电子称为自由电子。这些自由电子的流过产生了金属的电流。

在半导体和绝缘体中，价带和导带由足够宽度的禁止能隙（Eg）隔开，费米能（Ef）在价带和导带之间。为了到达导带，电子必须获得足够的能量以跳过带隙。一旦完成，就可以进行自由移动。

在室温下的半导体中，带隙较小，在半导体的导电性有限的情况下，有足够的热能使电子相当容易地跳过该间隙并在导带中进行跃迁。在低温下，没有电子拥有足够的能量来占据导带，因此电荷不可能移动。在绝对值为零时，半导体是理想的绝缘体。室温下导带中的电子密度不如金属中高，因此不能像金属一样导电。半导体的电导率不如金属，但不如绝缘体那么差。因此，这种材料称为半导体-表示半导体。

绝缘子的带隙很大，因此几乎没有电子可以跳过该间隙。因此，电流在绝缘子中不容易流动。绝缘体和半导体之间的差异是带隙能量的大小。在绝缘体中，禁带非常大，因此电子越过导带所需的能量实际上足够大。绝缘体不容易导电。这意味着绝缘子的电导率非常差。

用于IC等的半导体晶体是99.999999999％的高纯度单晶硅，但是在实际制作电路时，会添加杂质以控制电性能。根据所添加的杂质，它们成为n型和p型半导体。

将五价磷（P）或砷（As）添加到用于n型半导体的高纯度硅中。这些杂质称为施主。施主的能级位于导带附近，即能隙小。然后，处于该能级的电子容易被激发到导带并有助于导电。

另一方面，将三价硼（B）等添加到p型半导体中。这称为受体。受体的能级接近价带。由于此处没有电子，因此价带中的电子被激发。结果，在价带中形成空穴，这有助于导电性。