為什麼硅是最主要的半導體

A. 為何選硅做半導體材料多角度分析。

（1）熱敏性 半導體材料的電阻率與溫度有密切的關系。溫度升高，半導體的電阻率會明顯變小。例如純鍺（Ge），溫度每升高10度，其電阻率就會減少到原來的一半。

（2）光電特性 很多半導體材料對光十分敏感，無光照時，不易導電；受到光照時，就變的容易導電了。例如，常用的硫化鎘半導體光敏電阻，在無光照時電阻高達幾十兆歐，受到光照時電阻會減小到幾十千歐。半導體受光照後電阻明顯變小的現象稱為「光導電」。利用光導電特性製作的光電器件還有光電二極體和光電三極體等。

近年來廣泛使用著一種半導體發光器件--發光二極體，它通過電流時能夠發光，把電能直接轉成光能。目前已製作出發黃，綠，紅，藍幾色的發光二極體，以及發出不可見光紅外線的發光二極體。

另一種常見的光電轉換器件是硅光電池，它可以把光能直接轉換成電能，是一種方便的而清潔的能源。

（3）攙雜特性 純凈的半導體材料電阻率很高，但摻入極微量的「雜質」元素後，其導電能力會發生極為顯著的變化。例如，純硅的電阻率為214×1000歐姆/厘米，若摻入百萬分之一的硼元素，電阻率就會減小到0.4歐姆/厘米。因此，人們可以給半導體摻入微量的某種特定的雜質元素，精確控制它的導電能力，用以製作各種各樣的半導體器件
半導體的導電性能比導體差而比絕緣體強。實際上，半導體與導體、絕緣體的區別在不僅在於導電能力的不同，更重要的是半導體具有獨特的性能（特性）。

1． 在純凈的半導體中適當地摻入一定種類的極微量的雜質，半導體的導電性能就會成百萬倍的增加—-這是半導體最顯著、最突出的特性。例如，晶體管就是利用這種特性製成的。

2． 當環境溫度升高一些時，半導體的導電能力就顯著地增加；當環境溫度下降一些時，半導體的導電能力就顯著地下降。這種特性稱為「熱敏」，熱敏電阻就是利用半導體的這種特性製成的。

3． 當有光線照射在某些半導體時，這些半導體就像導體一樣，導電能力很強；當沒有光線照射時，這些半導體就像絕緣體一樣不導電，這種特性稱為「光敏」。例如，用作自動化控制用的「光電二極體」、「光電三極體」和光敏電阻等，就是利用半導體的光敏特性製成的。

由此可見，溫度和光照對晶體管的影響很大。因此，晶體管不能放在高溫和強烈的光照環境中。在晶體管表面塗上一層黑漆也是為了防止光照對它的影響。最後，明確一個基本概驗：所謂半導體材料，是一種晶體結構的材料，故「半導體」又叫「晶體」。

P性半導體和N型半導體----前面講過，在純凈的半導體中加入一定類型的微量雜質，能使半導體的導電能力成百萬倍的增加。加入了雜質的半導體可以分為兩種類型：一種雜質加到半導體中去後，在半導體中會產生大量的帶負電荷的自由電子，這種半導體叫做「N型半導體」（也叫「電子型半導體」）；另一種雜質加到半導體中後，會產生大量帶正電荷的「空穴」，這種半導體叫「P型半導體」（也叫「空穴型半導體」）。例如，在純凈的半導體鍺中，加入微量的雜質銻，就能形成N型半導體。同樣，如果在純凈的鍺中，加入微量的雜質銦，就形成P型半導體。

一個PN結構成晶體二極體----設法把P型半導體（有大量的帶正電荷的空穴）和N型半導體（有大量的帶負電荷的自由電子）結合在一起，見圖1所示。

圖1

在P型半導體的N型半導體相結合的地方，就會形成一個特殊的薄層，這個特殊的薄層就叫「PN結」。晶體二極體實際上就是由一個PN結構成的（見圖1）。

例如，收音機中應用的晶體二極體，其觸絲（即觸針）部分相當於P型半導體，N型鍺片就是N型半導體，他們之間的接觸面就是PN結。P端（或P端引出線）叫晶體二極體的正端（也稱正極）。N端（或N端引出線）叫晶體二極體的負端（也稱負極）。

如果像圖2那樣，把正端連接電池的正極，把負端接電池的負極，這是PN結的電阻值就小到只有幾百歐姆了。因此，通過PN結的電流（I=U/R）就很大。這樣的連接方法（圖2a）叫「正向連接」。正向連接時，晶體管二極體（或PN結）兩端承受的電壓叫「正向電壓」；處在正向電壓下，二極體（或PN結）的電阻叫「正向電阻」，在正向電壓下，通過二極體（或PN結）的電流叫「正向電流」。很明顯，因為晶體二極體的正向電阻很小（幾百歐姆），在一定正向電壓下，正向電流（I=U/R）就會很大----這表明在正向電壓下，二極體（或PN結）具有像導體一樣的導電本領。

圖2a 圖2b

反過來，如果把P端接到電池的負極，N端接到電池的正極（見圖2b）。這時PN結的電阻很大（大到幾百千毆），電流（I=U/R）幾乎不能通過二極體，或者說通過的電流很微弱。這樣的連接方法叫「反向連接」。反向連接時，晶體管二極體（或PN結）兩端承受的電壓叫「反向電壓」；處在反向電壓下，二極體（或PN結）的電阻叫「反向電阻」，在反向電壓下，通過二極體（或PN結）的電流叫「反向電流」。顯然，因為晶體二極體的正向電阻很大（幾百千歐姆），在一定的反向電壓下，正向電流（I=U/R）就會很小，甚至可以忽略不計，----這表明在一定的反向電壓下，二極體（或PN結）幾乎不導電。

上敘實驗說明這樣一個結論：晶體二極體（或PN結）具有單向導電特性。

晶體二極體用字母「D」代表，在電路中常用圖3的符號表示，即表示電流（正電荷）只能順著箭頭方向流動，而不能逆著箭頭方向流動。圖3是常用的晶體二極體的外形及符號。

圖3

利用二極體的單向導電性可以用來整流（將交流電變成直流電）和檢波（從高頻或中頻電信號取出音頻信號）以及變頻（如把高頻變成固定的中頻465千周）等。

PN結的極間電容----PN結的P型和N型兩快半導體之間構成一個電容量很小的電容，叫做「極間電容」（如圖4所示）。由於電容抗隨頻率的增高而減小。所以，PN結工作於高頻時，高頻信號容易被極間電容或反饋而影響PN結的工作。但在直流或低頻下工作時，極間電容對直流和低頻的阻抗很大，故一般不會影響PN結的工作性能。PN結的面積越大，極間電容量越大，影響也約大，這就是面接觸型二極體（如整流二極體）和低頻三極體不能用於高頻工作的原因

B. 為什麼說硅是應用較多的半導體材料

半導體元素主要有硅,鍺,砷,等等
其中,硅元素在地殼中的含量很高,所以應用很廣

C. 金屬硅為什麼是半導體...

這與硅本身的原子結構等物理特性有關。一般來說，常溫下導電能力很內強的物體稱為導體，導電能力很容弱的物體稱為絕緣體，導電能力介於導體與絕緣體之間的稱為半導體，硅、鍺、砷化鎵等物體的導電能力介於導體與絕緣體之間，故稱為半導體。（並不像一樓說的硅長得像金屬又不是金屬所以叫半導體。。囧。。，石墨不是金屬但導電能力很強所以也是導體。。）
在半導體中摻入適量雜質（如硼、磷等），可大大提高半導體的導電能力，稱為摻雜半導體（不摻入任何雜質的半導體稱為本徵半導體），現在所用的電子元件中絕大多數（甚至全部）都是摻雜半導體。

D. 為什麼晶元要用硅作為半導體材料，而不用其他的

理論上所有半導體都可以作為晶元材料，但是硅的性質穩定、容易提純、儲存量巨大等等性質，是所有半導體材料中，最適合做晶元的。

在晶體管（二極體、三極體等等）未發明之前，初期電子計算機使用的是電子管，但是電子管體積巨大、功耗高、壽命短；人類第一台電子計算機使用18000個電子管，重30噸，佔地150平方米，耗電功率高達150千瓦，但是其運算能力遠遠趕不上如今的一台掌上計算機。

其中硅因為擁有眾多優良特性，使得硅成為晶元的主要材料：

（1）硅元素的含量巨大，地球元素中僅次於氧元素（地球元素含量排行：氧>硅>鋁>鐵>鈣>鈉>鉀……）。

（2）硅元素提純技術成熟，製作成本低，最初晶體管使用鍺作為晶元材料，是因為當初硅元素的提純技術不成熟，如今硅的提純可以達到99.999999999%。

（3）硅元素的性質穩定，包括化學性質和物質性質，比如鍺做成晶體管，當溫度達到75℃以上時，其導電率有較大變化，而且做成PN結後鍺的反向漏電流比硅大，這對晶元的穩定性非常不利。

（4）硅本身是無毒無害的物質，我們常見的很多石頭都含有二氧化硅（SiO2）。

E. 硅為什麼可以作為半導體，結構化學

（1）熱敏性 半導體材料的電阻率與溫度有密切的關系。溫度升高，半導體的電阻率會明顯回變小。例如純鍺答（Ge），溫度每升高10度，其電阻率就會減少到原來的一半。

（2）光電特性 很多半導體材料對光十分敏感，無光照時，不易導電；受到光照時，就變的容易導電了。例如，常用的硫化鎘半導體光敏電阻，在無光照時電阻高達幾十兆歐，受到光照時電阻會減小到幾十千歐。半導體受光照後電阻明顯變小的現象稱為「光導電」。利用光導電特性製作的光電器件還有光電二極體和光電三極體等。

近年來廣泛使用著一種半導體發光器件--發光二極體，它通過電流時能夠發光，把電能直接轉成光能。目前已製作出發黃，綠，紅，藍幾色的發光二極體，以及發出不可見光紅外線的發光二極體。

另一種常見的光電轉換器件是硅光電池，它可以把光能直接轉換成電能，是一種方便的而清潔的能源。

F. 為什麼硅是半導體

硅是半導體的原因：
硅原子的核外電子第一層有2個電子，第二層有8個電子，達到穩定態。最外層有4個電子即為價電子，它對硅原子的導電性等方面起著主導作用。硅晶體中沒有明顯的自由電子，能導電，但導電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質。

簡介：
硅是一種化學元素，它的化學符號是Si，舊稱矽。原子序數14，相對原子質量28.0855，有無定形硅和晶體硅兩種同素異形體，屬於元素周期表上第三周期，IVA族的類金屬元素。硅也是極為常見的一種元素，然而它極少以單質的形式在自然界出現，而是以復雜的硅酸鹽或二氧化硅的形式，廣泛存在於岩石、砂礫、塵土之中。硅在宇宙中的儲量排在第八位。在地殼中，它是第二豐富的元素，構成地殼總質量的26.4%，僅次於第一位的氧（49.4%）。
物理性質：
有無定形硅和晶體硅兩種同素異形體。晶體硅為灰黑色，無定形硅為黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔點1410℃，沸點2355℃，晶體硅屬於原子晶體。不溶於水、硝酸和鹽酸，溶於氫氟酸和鹼液。硬而有金屬光澤。
晶胞類型：立方金剛石型；
晶胞參數：20℃下測得其晶胞參數a=0.543087nm；
顏色和外表： 深灰色、帶藍色調；
採用納米壓入法測得單晶硅（100）的E為140～150GPa；
電導率：硅的電導率與其溫度有很大關系，隨著溫度升高，電導率增大，在1480℃左右達到最大，而溫度超過1600℃後又隨溫度的升高而減小。
化學性質：
硅有明顯的非金屬特性，可以溶於鹼金屬氫氧化物溶液中，產生（偏）硅酸鹽和氫氣。
硅原子位於元素周期表第IV主族，它的原子序數為Z=14，核外有14個電子。電子在原子核外，按能級由低硅原子到高，由里到外，層層環繞，這稱為電子的殼層結構。硅原子的核外電子第一層有2個電子，第二層有8個電子，達到穩定態。最外層有4個電子即為價電子，它對硅原子的導電性等方面起著主導作用。
正因為硅原子有如此結構，所以有其一些特殊的性質：最外層的4個價電子讓硅原子處於亞穩定結構，這些價電子使硅原子相互之間以共價鍵結合，由於共價鍵比較結實，硅具有較高的熔點和密度；化學性質比較穩定，常溫下很難與其他物質（除氟化氫和鹼液以外）發生反應；硅晶體中沒有明顯的自由電子，能導電，但導電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質。
加熱下能同單質的鹵素、氮、碳等非金屬作用，也能同某些金屬如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶於一般無機酸中，可溶於鹼溶液中，並有氫氣放出，形成相應的鹼金屬硅酸鹽溶液，於赤熱溫度下，與水蒸氣能發生作用。
應用領域：
1、高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導體；摻入微量的第VA族元素，形成n型半導體。p型半導體和n型半導體結合在一起形成p-n結，就可做成太陽能電池，將輻射能轉變為電能。在開發能源方面是一種很有前途的材料。另外廣泛應用的二極體、三極體、晶閘管、場效應管和各種集成電路（包括人們計算機內的晶元和CPU）都是用硅做的原材料。
2、金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結，製成金屬陶瓷復合材料，它耐高溫，富韌性，可以切割，既繼承了金屬和陶瓷的各自的優點，又彌補了兩者的先天缺陷。可應用於軍事武器的製造。第一架太空梭「哥倫比亞號」能抵擋住高速穿行稠密大氣時摩擦產生的高溫，全靠它那三萬一千塊硅瓦拼砌成的外殼。
3、光導纖維通信，最新的現代通信手段。用純二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纖維。激光可在玻璃纖維的通路里，發生無數次全反射而向前傳輸，代替了笨重的電纜。光纖通信容量高，一根頭發絲那麼細的玻璃纖維，可以同時傳輸256路電話；而且它還不受電、磁的干擾，不怕竊聽，具有高度的保密性。光纖通信將會使21世紀人類的生活發生革命性巨變。
4、性能優異的硅有機化合物。例如有機硅塑料是極好的防水塗布材料。在地下鐵道四壁噴塗有機硅，可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表，塗一層薄薄的有機硅塑料，可以防止青苔滋生，抵擋風吹雨淋和風化。天安門廣場上的人民英雄紀念碑，便是經過有機硅塑料處理表面的，因此永遠潔白、清新。
5、由於有機硅獨特的結構，兼備了無機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質，並具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性，廣泛應用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業，其中有機硅主要應用於密封、粘合、潤滑、塗層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機硅數量和品種的持續增長，應用領域不斷拓寬，形成化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系，許多品種是其他化學品無法替代而又必不可少的。
6、硅可以提高植物莖稈的硬度，增加害蟲取食和消化的難度。盡管硅元素在植物生長發育中不是必需元素，但它也是植物抵禦逆境、調節植物與其他生物之間相互關系所必需的化學元素。

G. 為什麼硅是半導體

1。硅是不導電的，所以不是導體！
2。硅在有意識的參雜後可以導電，硅的色澤等方面類似於金屬；是一種類似金屬而又不是金屬的物體！
硅叫半導體材料，硅形成二極體，三極體等才叫半導體！

H. 為什麼硅在電子工業中是最重要的半導體材料

因為用硅製造的半導體器件，耐高溫和抗輻射性能較好，特別適宜製作大功率器件。所以自60年代後期逐漸取代鍺，成為最重要的半導體材料。

I. 從微觀角度來說硅為什麼可以作半導體材料

因為晶體硅具有一個非常重要的特性——單方向導電，也就是說，電流只能從一端流向另一端，製作半導體器件的原材料就需要具有有這種特有的特性材料。

多角度解釋：
（1）熱敏性 半導體材料的電阻率與溫度有密切的關系.溫度升高,半導體的電阻率會明顯變小.例如純鍺（Ge）,溫度每升高10度,其電阻率就會減少到原來的一半.
（2）光電特性 很多半導體材料對光十分敏感,無光照時,不易導電；受到光照時,就變的容易導電了.例如,常用的硫化鎘半導體光敏電阻,在無光照時電阻高達幾十兆歐,受到光照時電阻會減小到幾十千歐.半導體受光照後電阻明顯變小的現象稱為「光導電」.利用光導電特性製作的光電器件還有光電二極體和光電三極體等.
近年來廣泛使用著一種半導體發光器件--發光二極體,它通過電流時能夠發光,把電能直接轉成光能.目前已製作出發黃,綠,紅,藍幾色的發光二極體,以及發出不可見光紅外線的發光二極體.
另一種常見的光電轉換器件是硅光電池,它可以把光能直接轉換成電能,是一種方便的而清潔的能源.
（3）攙雜特性 純凈的半導體材料電阻率很高,但摻入極微量的「雜質」元素後,其導電能力會發生極為顯著的變化.例如,純硅的電阻率為214×1000歐姆/厘米,若摻入百萬分之一的硼元素,電阻率就會減小到0.4歐姆/厘米.因此,人們可以給半導體摻入微量的某種特定的雜質元素,精確控制它的導電能力,用以製作各種各樣的半導體器件
半導體的導電性能比導體差而比絕緣體強.實際上,半導體與導體、絕緣體的區別在不僅在於導電能力的不同,更重要的是半導體具有獨特的性能（特性）.
1． 在純凈的半導體中適當地摻入一定種類的極微量的雜質,半導體的導電性能就會成百萬倍的增加—-這是半導體最顯著、最突出的特性.例如,晶體管就是利用這種特性製成的.
2． 當環境溫度升高一些時,半導體的導電能力就顯著地增加；當環境溫度下降一些時,半導體的導電能力就顯著地下降.這種特性稱為「熱敏」,熱敏電阻就是利用半導體的這種特性製成的.
3． 當有光線照射在某些半導體時,這些半導體就像導體一樣,導電能力很強；當沒有光線照射時,這些半導體就像絕緣體一樣不導電,這種特性稱為「光敏」.例如,用作自動化控制用的「光電二極體」、「光電三極體」和光敏電阻等,就是利用半導體的光敏特性製成的.
由此可見,溫度和光照對晶體管的影響很大.因此,晶體管不能放在高溫和強烈的光照環境中.在晶體管表面塗上一層黑漆也是為了防止光照對它的影響.最後,明確一個基本概驗：所謂半導體材料,是一種晶體結構的材料,故「半導體」又叫「晶體」.
P性半導體和N型半導體----前面講過,在純凈的半導體中加入一定類型的微量雜質,能使半導體的導電能力成百萬倍的增加.加入了雜質的半導體可以分為兩種類型：一種雜質加到半導體中去後,在半導體中會產生大量的帶負電荷的自由電子,這種半導體叫做「N型半導體」（也叫「電子型半導體」）；另一種雜質加到半導體中後,會產生大量帶正電荷的「空穴」,這種半導體叫「P型半導體」（也叫「空穴型半導體」）.例如,在純凈的半導體鍺中,加入微量的雜質銻,就能形成N型半導體.同樣,如果在純凈的鍺中,加入微量的雜質銦,就形成P型半導體.
一個PN結構成晶體二極體----設法把P型半導體（有大量的帶正電荷的空穴）和N型半導體（有大量的帶負電荷的自由電子）結合在一起,見圖1所示.
圖1
在P型半導體的N型半導體相結合的地方,就會形成一個特殊的薄層,這個特殊的薄層就叫「PN結」.晶體二極體實際上就是由一個PN結構成的（見圖1）.
例如,收音機中應用的晶體二極體,其觸絲（即觸針）部分相當於P型半導體,N型鍺片就是N型半導體,他們之間的接觸面就是PN結.P端（或P端引出線）叫晶體二極體的正端（也稱正極）.N端（或N端引出線）叫晶體二極體的負端（也稱負極）.
如果像圖2那樣,把正端連接電池的正極,把負端接電池的負極,這是PN結的電阻值就小到只有幾百歐姆了.因此,通過PN結的電流（I=U/R）就很大.這樣的連接方法（圖2a）叫「正向連接」.正向連接時,晶體管二極體（或PN結）兩端承受的電壓叫「正向電壓」；處在正向電壓下,二極體（或PN結）的電阻叫「正向電阻」,在正向電壓下,通過二極體（或PN結）的電流叫「正向電流」.很明顯,因為晶體二極體的正向電阻很小（幾百歐姆）,在一定正向電壓下,正向電流（I=U/R）就會很大----這表明在正向電壓下,二極體（或PN結）具有像導體一樣的導電本領.
圖2a 圖2b
反過來,如果把P端接到電池的負極,N端接到電池的正極（見圖2b）.這時PN結的電阻很大（大到幾百千毆）,電流（I=U/R）幾乎不能通過二極體,或者說通過的電流很微弱.這樣的連接方法叫「反向連接」.反向連接時,晶體管二極體（或PN結）兩端承受的電壓叫「反向電壓」；處在反向電壓下,二極體（或PN結）的電阻叫「反向電阻」,在反向電壓下,通過二極體（或PN結）的電流叫「反向電流」.顯然,因為晶體二極體的正向電阻很大（幾百千歐姆）,在一定的反向電壓下,正向電流（I=U/R）就會很小,甚至可以忽略不計,----這表明在一定的反向電壓下,二極體（或PN結）幾乎不導電.
上敘實驗說明這樣一個結論：晶體二極體（或PN結）具有單向導電特性.
晶體二極體用字母「D」代表,在電路中常用圖3的符號表示,即表示電流（正電荷）只能順著箭頭方向流動,而不能逆著箭頭方向流動.圖3是常用的晶體二極體的外形及符號.
圖3
利用二極體的單向導電性可以用來整流（將交流電變成直流電）和檢波（從高頻或中頻電信號取出音頻信號）以及變頻（如把高頻變成固定的中頻465千周）等.
PN結的極間電容----PN結的P型和N型兩快半導體之間構成一個電容量很小的電容,叫做「極間電容」（如圖4所示）.由於電容抗隨頻率的增高而減小.所以,PN結工作於高頻時,高頻信號容易被極間電容或反饋而影響PN結的工作.但在直流或低頻下工作時,極間電容對直流和低頻的阻抗很大,故一般不會影響PN結的工作性能.PN結的面積越大,極間電容量越大,影響也約大,這就是面接觸型二極體（如整流二極體）和低頻三極體不能用於高頻工作的原因