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半導(dǎo)體解析

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。

半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都有應(yīng)用，如二極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。

無(wú)論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。

常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用中最具有影響力的一種。

半導(dǎo)體物理定義

物質(zhì)存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導(dǎo)電性差的材料，如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等稱為絕緣體。而把導(dǎo)電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導(dǎo)體。

可以簡(jiǎn)單的把介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。與導(dǎo)體和絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀(jì)30年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。

半導(dǎo)體是指在常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可控，范圍從絕緣體到導(dǎo)體之間的材料。

從科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體影響著人們的日常工作生活，直到20世紀(jì)30年代這一材料才被學(xué)界所認(rèn)可。

半導(dǎo)體分類及性能

（1）元素半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體是指單一元素構(gòu)成的半導(dǎo)體，其中對(duì)硅、硒的研究比較早。它是由相同元素組成的具有半導(dǎo)體特性的固體材料，容易受到微量雜質(zhì)和外界條件的影響而發(fā)生變化。

目前， 只有硅、鍺性能好，運(yùn)用的比較廣，硒在電子照明和光電領(lǐng)域中應(yīng)用。硅在半導(dǎo)體工業(yè)中運(yùn)用的多，這主要受到二氧化硅的影響，能夠在器件制作上形成掩膜，能夠提高半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性，利于自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)。

（2）無(wú)機(jī)合成物半導(dǎo)體。無(wú)機(jī)合成物主要是通過(guò)單一元素構(gòu)成半導(dǎo)體材料，當(dāng)然也有多種元素構(gòu)成的半導(dǎo)體材料，主要的半導(dǎo)體性質(zhì)有I族與V、VI、VII族；II族與IV、V、VI、VII族；III族與V、VI族；

IV族與IV、VI族;V族與VI族；VI族與VI族的結(jié)合化合物，但受到元素的特性和制作方式的影響，不是所有的化合物都能夠符合半導(dǎo)體材料的要求。

這一半導(dǎo)體主要運(yùn)用到高速器件中，InP制造的晶體管的速度比其他材料都高，主要運(yùn)用到光電集成電路、抗核輻射器件中。 對(duì)于導(dǎo)電率高的材料，主要用于LED等方面。

（3）有機(jī)合成物半導(dǎo)體。有機(jī)化合物是指含分子中含有碳鍵的化合物，把有機(jī)化合物和碳鍵垂直，疊加的方式能夠形成導(dǎo)帶，通過(guò)化學(xué)的添加，能夠讓其進(jìn)入到能帶，這樣可以發(fā)生電導(dǎo)率，從而形成有機(jī)化合物半導(dǎo)體。

這一半導(dǎo)體和以往的半導(dǎo)體相比，具有成本低、溶解性好、材料輕加工容易的特點(diǎn)。可以通過(guò)控制分子的方式來(lái)控制導(dǎo)電性能，應(yīng)用的范圍比較廣，主要用于有機(jī)薄膜、有機(jī)照明等方面。

（4）非晶態(tài)半導(dǎo)體。它又被叫做無(wú)定形半導(dǎo)體或玻璃半導(dǎo)體，屬于半導(dǎo)電性的一類材料。非晶半導(dǎo)體和其他非晶材料一樣，都是短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)。它主要是通過(guò)改變?cè)酉鄬?duì)位置，改變?cè)械闹芷谛耘帕校纬煞蔷Ч琛?/span>

晶態(tài)和非晶態(tài)主要區(qū)別于原子排列是否具有長(zhǎng)程序。非晶態(tài)半導(dǎo)體的性能控制難，隨著技術(shù)的發(fā)明，非晶態(tài)半導(dǎo)體開始使用。這一制作工序簡(jiǎn)單，主要用于工程類，在光吸收方面有很好的效果，主要運(yùn)用到太陽(yáng)能電池和液晶顯示屏中。

（5）本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)且無(wú)晶格缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

在極低溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶是滿帶，受到熱激發(fā)后，價(jià)帶中的部分電子會(huì)越過(guò)禁帶進(jìn)入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶，價(jià)帶中缺少一個(gè)電子后形成一個(gè)帶正電的空位，稱為空穴。

空穴導(dǎo)電并不是實(shí)際運(yùn)動(dòng)，而是一種等效。電子導(dǎo)電時(shí)等電量的空穴會(huì)沿其反方向運(yùn)動(dòng)。

它們?cè)谕怆妶?chǎng)作用下產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成宏觀電流，分別稱為電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電。這種由于電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生而形成的混合型導(dǎo)電稱為本征導(dǎo)電。導(dǎo)帶中的電子會(huì)落入空穴，電子-空穴對(duì)消失，稱為復(fù)合。

復(fù)合時(shí)釋放出的能量變成電磁輻射（發(fā)光）或晶格的熱振動(dòng)能量（發(fā)熱）。在一定溫度下，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合同時(shí)存在并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)半導(dǎo)體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。

溫度升高時(shí)，將產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)，載流子密度增加，電阻率減小。無(wú)晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體的電阻率較大，實(shí)際應(yīng)用不多。

半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明應(yīng)用、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域應(yīng)用。

光伏應(yīng)用

半導(dǎo)體材料光生伏特效應(yīng)是太陽(yáng)能電池運(yùn)行的基本原理。現(xiàn)階段半導(dǎo)體材料的光伏應(yīng)用已經(jīng)成為一大熱門 ，是目前世界上增長(zhǎng)最快、發(fā)展最好的清潔能源市場(chǎng)。

太陽(yáng)能電池的主要制作材料是半導(dǎo)體材料，判斷太陽(yáng)能電池的優(yōu)劣主要的標(biāo)準(zhǔn)是光電轉(zhuǎn)化率 ，光電轉(zhuǎn)化率越高 ，說(shuō)明太陽(yáng)能電池的工作效率越高。根據(jù)應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的不同 ，太陽(yáng)能電池分為晶體硅太陽(yáng)能電池、薄膜電池以及III-V族化合物電池。

照明應(yīng)用

LED是建立在半導(dǎo)體晶體管上的半導(dǎo)體發(fā)光二極管 ，采用LED技術(shù)半導(dǎo)體光源體積小，可以實(shí)現(xiàn)平面封裝，工作時(shí)發(fā)熱量低、節(jié)能高效，產(chǎn)品壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快，而且綠色環(huán)保無(wú)污染，還能開發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品 ，一經(jīng)問(wèn)世 ，就迅速普及，成為新一代的優(yōu)質(zhì)照明光源，目前已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在我們的生活中。如交通指示燈、電子產(chǎn)品的背光源、城市夜景美化光源、室內(nèi)照明等各個(gè)領(lǐng)域 ，都有應(yīng)用。

大功率電源轉(zhuǎn)換

交流電和直流電的相互轉(zhuǎn)換對(duì)于電器的使用十分重要 ，是對(duì)電器的必要保護(hù)。這就要用到等電源轉(zhuǎn)換裝置。

碳化硅擊穿電壓強(qiáng)度高 ，禁帶寬度寬，熱導(dǎo)性高，因此SiC半導(dǎo)體器件十分適合應(yīng)用在功率密度和開關(guān)頻率高的場(chǎng)合，電源裝換裝置就是其中之一。

碳化硅元件在高溫、高壓、高頻的又一表現(xiàn)使得現(xiàn)在被廣泛使用到深井鉆探，發(fā)電裝置中的逆變器，電氣混動(dòng)汽車的能量轉(zhuǎn)化器，輕軌列車牽引動(dòng)力轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。

由于SiC本身的優(yōu)勢(shì)以及現(xiàn)階段行業(yè)對(duì)于輕量化、高轉(zhuǎn)換效率的半導(dǎo)體材料需要，SiC將會(huì)取代Si，成為應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料。

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