半导体主要特性解析

物质按照其导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三类。常见的金、银、铜等金属，是良好的导体。另一些物质，如橡胶、干木材、陶瓷等，则几乎不导电，称为绝缘体。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，称为半导体。用于制造半导体元器件的半导体材料有锗、硅和砷化镓等。

1.半导体的特点

半导体之所以被用来制造电子元器件，是因为它的导电能力在外界某种因素作用下会发生显著的变化。

1）半导体的电导率会因掺入杂质而发生显著的变化。例如在室温时，纯锗中掺入一亿分之一的杂质，其电导率会增加几百倍。各种不同元器件的制作，正是利用了掺杂工艺来改变和控制半导体的电导率。

2）温度的变化也会使半导体的电导率发生显著的变化，利用这种热敏效应，人们制作出了热敏元件。但另一方面，热敏效应会使半导体元器件的热稳定性下降，所以应采取有效措施以克服因半导体元器件热敏特性造成的电路不稳定。

3）光照不仅可以改变半导体的电导率，而且可以产生电动势，这种现象统称半导体的光电效应。利用光电效应可以制成光敏晶体管、光耦合器和光电池等。

2.本征半导体的导电性(www.xing528.com)

完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体，其原子核外层的价电子彼此共用，形成共价键结构。在热力学温度0K（-273℃）下并且没有外界激发时，由于共价键中的价电子被束缚着，所以在本征半导体中，没有可以自由运动的带电粒子载流子，这时它相当于绝缘体。

图2-1 电子和空穴的移动

但是，半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中的电子被束缚得那样紧。如图2-1所示，在室温（300K）下，由于热激发，会使一些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这种现象称为本征激发。在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子之后，共价键中就留下一个空位，这个空位叫作空穴（如图2-1中的A处），空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。由于共价键中出现了空穴，邻近的价电子就可以填补到这个空位上（如图2-1中的B到A）。而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可以转移到这个新的空位（如图2-1中的C到B）。这样，就使共价键中出现一定的电荷迁移。

在本征半导体内，自由电子和空穴总是成对出现的。在没有外加电场时，晶体中空穴和自由电子移动的方向都是杂乱无章的，对外部不呈现电流。理论和实践证明：随着温度的升高，电子-空穴对急剧增加，其增加速度遵循指数规律。

在实际的半导体中，除了产生电子-空穴对以外，还存在一个逆过程。这就是自由电子也会释放能量而进入有空位的共价键，同时消失一个自由电子和空穴，这种现象称之为复合。当温度一定时，激发和复合数相等，维持一个动态平衡。