半導體的本質是什麼意思

㈠ 半導體基本概念

半導體是一種電導率在絕緣體至導體之間的物質，其電導率容易受控制，可作為信息處理的元件材料。從科技或是經濟發展的角度來看，半導體非常重要。很多電子產品，如計算機、行動電話、數字錄音機的核心單元都是利用半導體的電導率變化來處理信息。常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導體材料中，在商業應用上最具有影響力的一種。

基本簡介

半導體

顧名思義：常溫下導電性能介於導體(conctor)與絕緣體(insulator)之間的材料，叫做半導體（semiconctor）。

物質存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導電性和導電導熱性差或不好的材料，如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷等等，稱為絕緣體。而把導電、導熱都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體。可以簡單的把介於導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。與導體和絕緣體相比，半導體材料的發現是最晚的，直到20世紀30年代，當材料的提純技術改進以後，半導體的存在才真正被學術界認可。

半導體的分類，按照其製造技術可以分為：集成電路器件，分立器件、光電半導體、邏輯IC、模擬IC、儲存器等大類，一般來說這些還會被分成小類。此外還有以應用領域、設計方法等進行分類，雖然不常用，單還是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其規模進行分類的方法。此外，還有按照其所處理的信號，可以分成模擬、數字、模擬數字混成及功能進行分類的方法。

基本定義
電阻率介於金屬和絕緣體之間並有負的電阻溫度系數的物質。

半導體室溫時電阻率約在10E-5～10E7歐·米之間，溫度升高時電阻率指數則減小。

半導體材料很多，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。

鍺和硅是最常用的元素半導體；化合物半導體包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。除上述晶態半導體外，還有非晶態的玻璃半導體、有機半導體等。

半導體（東北方言）：意指半導體收音機，因收音機中的晶體管由半導體材料製成而得名。

本徵半導體

不含雜質且無晶格缺陷的半導體稱為本徵半導體。在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶(見能帶理論)，受到熱激發後，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子後成為導帶，價帶中缺少一個電子後形成一個帶正電的空位，稱為空穴。導帶中的電子和價帶中的空穴合稱電子 - 空穴對，均能自由移動，即載流子，它們在外電場作用下產生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由於電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本徵導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。復合時釋放出的能量變成電磁輻射（發光）或晶格的熱振動能量（發熱）。在一定溫度下，電子 - 空穴對的產生和復合同時存在並達到動態平衡，此時半導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，將產生更多的電子 - 空穴對，載流子密度增加，電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導體的電阻率較大，實際應用不多。

分立功率器件按照功率的大小劃分為大功率半導體器件和中小功率半導體器件。具體來說，大功率晶閘管專指承受電流值在200A 以上的晶閘管產品；大功率模塊則指承受電流25A 以上的模塊產品；大功率IGBT、MOSFET 指電流超過50A 以上的IGBT、MOSFET 產品。

1956 年美國貝爾實驗室（Bell Lab）發明了晶閘管，國際上，70 年代各種類型的晶閘管有了很大發展，80 年代開始加快發展大功率模塊，同時各種大功率半導體器件在歐美日有很大的發展，90 年代IGBT 等全控型器件研製成功並開始得到應用。

在國內，60 年代晶閘管研究開始起步，70 年代研製出大功率的晶閘管，80年代以來，大功率晶閘管在中國得到很大發展，同時開始研製模塊；本世紀以來，開始少量引進超大功率晶閘管（含光控晶閘管）技術；近年來國家正在逐步引進IGBT、MOSFET 技術。中國宏觀經濟的不斷成長，帶動了大功率半導體器件技術的發展和應用的不斷深入。

晶閘管、模塊、IGBT 的發明和發展順應了電力電子技術發展的不同需要，是功率半導體發展歷程中不同時段的重要標志產品，他們的應用領域、應用場合大部分不相同，小部分有交叉。在技術不斷發展和工藝逐步改善的雙重推動下，[1]大功率半導體器件將向著高電壓、大電流、高頻化、模塊化、智能化的方向發展。在10Khz 以下、大功率、高電壓的場合，大功率晶閘管和模塊具有很強的抗沖擊能力及高可靠性而占據優勢，同時又因成本較低、應用簡單而易於普及。在10Khz 以上、中低功率場合，IGBT、MOSFET 以其全控性、適用頻率高而占據優勢。

㈡ 半導體晶體的概念，性質和特點是什麼

半導體、絕緣體和導體由禁帶寬度劃分，即導帶與價帶之間的相對位置決定。

1 導體的導帶和價帶基本重合，禁帶寬度為0，電子由價帶進入導帶基本無需額外能量，因此內部存在大量自由電子，具有低電阻率。

2 半導體導帶和價帶距離適中，即禁帶寬度適中，因此價帶中的電子在常見能量級別的激勵下，例如光、熱和電壓，即可進入導帶，導致半導體電阻率變化。

3 絕緣體與半導體類同，但禁帶寬度很寬，需要大量能量才能導電，例如高於5000V的高壓電，因此電阻率很高。光和熱通常無法導致絕緣體導電，絕緣體一般耐熱性不高，能導致電子躍遷到導帶的溫度下，大部分碳基絕緣體已經碳化，其餘絕緣體已經熔化或氣化。

㈢ 請問，半導體中的空穴 實質是什麼

空穴是一種假想的粒子（相對的，電子是真實存在的粒子），引入空穴這個版假想的概念可以將半權導體價帶中大量電子的運動簡化為少量空穴的運動（即認為價帶電子沒有動，只是少量空穴在動），使分析價帶電流這樣的問題變得簡單，同時經過證明這種假設是合理的，那何樂而不為呢。

㈣ 半導體材料的性質

以非晶態半導體材料為主體製成的固態電子器件。非晶態半導體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結構，因此具有許多特殊的性質。1975年，英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功，使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數量級，促進非晶態半導體器件的開發和應用。同單晶材料相比，非晶態半導體材料制備工藝簡單，對襯底結構無特殊要求，易於大面積生長，摻雜後電阻率變化大，可以製成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數大，轉換效率高，面積大，已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的定址開關。利用某些硫系非晶態半導體材料的結構轉變來記錄和存儲光電信息的器件已應用於計算機或控制系統中。利用非晶態薄膜的電荷存儲和光電導特性可製成用於靜態圖像光電轉換的靜電復印機感光體和用於動態圖像光電轉換的電視攝像管的靶面。

具有半導體性質的非晶態材料。非晶態半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究，當時很少有人注意，直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜製作開關器件的專利發表以後，才引起人們對非晶態半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現了摻雜效應，使控制電導和製造PN結成為可能，從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面，P.W.安德森和莫脫，N.F.建立了非晶態半導體的電子理論，並因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面，還是在應用方面，非晶態半導體的研究正在很快地發展著。
分類 目前主要的非晶態半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態半導體。例如As-Se、As-S，通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等，此類材料的非晶態不能用熔體冷卻的辦法來獲得，只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等)，只要襯底溫度足夠低，淀積的薄膜就是非晶態結構。四面體鍵非晶態半導體材料的性質，與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數 給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數譜，其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解，襯底溫度分別為500K和300K，c制備工藝是濺射，d制備工藝為蒸發。非晶硅的導電性質和光電導性質也與制備工藝密切相關。其實，硅烷輝光放電法制備的非晶硅中，含有大量H，有時又稱為非晶的硅氫合金；不同工藝條件，氫含量不同，直接影響到材料的性質。與此相反，硫系玻璃的性質與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數譜 給出了一個典型的實例，用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品，它們的光吸收系數譜具有相同的曲線。
非晶態半導體的電子結構 非晶態與晶態半導體具有類似的基本能帶結構，也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況，可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例，Ge、Si中四個價電子經sp雜化，近鄰原子的價電子之間形成共價鍵，其成鍵態對應於價帶；反鍵態對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態還是非晶態，基本結合方式是相同的，只是在非晶態中鍵角和鍵長有一定程度的畸變，因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而，非晶態半導體中的電子態與晶態比較也有著本質的區別。晶態半導體的結構是周期有序的，或者說具有平移對稱性，電子波函數是布洛赫函數，波矢是與平移對稱性相聯系的量子數，非晶態半導體不存在有周期性， 不再是好的量子數。晶態半導體中電子的運動是比較自由的，電子運動的平均自由程遠大於原子間距；非晶態半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小，當平均自由程接近原子間距的數量級時，在晶態半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態半導體能帶邊態密度的變化不像晶態那樣陡，而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態半導體的態密度與能量的關系 所示)。非晶態半導體能帶中的電子態分為兩類：一類稱為擴展態，另一類為局域態。處在擴展態的每個電子，為整個固體所共有，可以在固體整個尺度內找到；它在外場中運動類似於晶體中的電子；處在局域態的每個電子基本局限在某一區域，它的狀態波函數只能在圍繞某一點的一個不大尺度內顯著不為零，它們需要靠聲子的協助，進行跳躍式導電。在一個能帶中，帶中心部分為擴展態，帶尾部分為局域態，它們之間有一分界處，如圖4 非晶態半導體的擴展態、局域態和遷移率邊 中的和，這個分界處稱為遷移率邊。1960年莫脫首先提出了遷移率邊的概念。如果把遷移率看成是電子態能量的函數，莫脫認為在分界處和存在有遷移率的突變。局域態中的電子是跳躍式導電的，依靠與點陣振動交換能量，從一個局域態跳到另一個局域態，因而當溫度趨向0K時，局域態電子遷移率趨於零。擴展態中電子導電類似於晶體中的電子，當趨於0K時，遷移率趨向有限值。莫脫進一步認為遷移率邊對應於電子平均自由程接近於原子間距的情況，並定義這種情況下的電導率為最小金屬化電導率。然而，目前圍繞著遷移率邊和最小金屬化電導率仍有爭論。
缺陷 非晶態半導體與晶態相比較，其中存在大量的缺陷。這些缺陷在禁帶之中引入一系列局域能級，它們對非晶態半導體的電學和光學性質有著重要的影響。四面體鍵非晶態半導體和硫系玻璃，這兩類非晶態半導體的缺陷有著顯著的差別。
非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外層有四個價電子，正常情況應與近鄰的四個硅原子形成四個共價鍵。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周圍四個近鄰原子不足，而產生一些懸掛鍵，在中性懸掛鍵上有一個未成鍵的電子。懸掛鍵還有兩種可能的帶電狀態：釋放未成鍵的電子成為正電中心，這是施主態；接受第二個電子成為負電中心，這是受主態。它們對應的能級在禁帶之中，分別稱為施主和受主能級。因為受主態表示懸掛鍵上有兩個電子占據的情況，兩個電子間的庫侖排斥作用，使得受主能級位置高於施主能級，稱為正相關能。因此在一般情況下，懸掛鍵保持只有一個電子占據的中性狀態，在實驗中觀察到懸掛鍵上未配對電子的自旋共振。1975年斯皮爾等人利用硅烷輝光放電的方法，首先實現非晶硅的摻雜效應，就是因為用這種辦法制備的非晶硅中含有大量的氫，氫與懸掛鍵結合大大減少了缺陷態的數目。這些缺陷同時是有效的復合中心。為了提高非平衡載流子的壽命，也必須降低缺陷態密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，成為目前材料制備中的關鍵問題之一。
硫系玻璃中缺陷的形式不是簡單的懸掛鍵，而是「換價對」。最初，人們發現硫系玻璃與非晶硅不同，觀察不到缺陷態上電子的自旋共振，針對這表面上的反常現象，莫脫等人根據安德森的負相關能的設想，提出了MDS模型。當缺陷態上占據兩個電子時，會引起點陣的畸變，若由於畸變降低的能量超過電子間庫侖排斥作用能，則表現出有負的相關能，這就意味著受主能級位於施主能級之下。用 D、D、D 分別代表缺陷上不佔有、佔有一個、佔有兩個電子的狀態，負相關能意味著：
2D —→ D+D
是放熱的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配對電子，所以沒有電子的自旋共振。不少人對D、D、D缺陷的結構作了分析。以非晶態硒為例，硒有六個價電子，可以形成兩個共價鍵，通常呈鏈狀結構，另外有兩個未成鍵的 p電子稱為孤對電子。在鏈的端點處相當於有一個中性懸掛鍵，這個懸掛鍵很可能發生畸變，與鄰近的孤對電子成鍵並放出一個電子(形成D)，放出的電子與另一懸掛鍵結合成一對孤對電子(形成D)，如圖 5 硫系玻璃的換價對 所示。因此又稱這種D、D為換價對。由於庫侖吸引作用，使得D、D通常是成對地緊密靠在一起，形成緊密換價對。硫系玻璃中成鍵方式只要有很小變化就可以形成一組緊密換價對，如圖6 換價對的自增強效應 所示，它只需很小的能量，有自增強效應，因而這種缺陷的濃度通常是很高的。利用換價對模型可以解釋硫屬非晶態半導體的光致發光光譜、光致電子自旋共振等一系列實驗現象。
應用 非晶態半導體在技術領域中的應用存在著很大的潛力，非晶硫早已廣泛應用在復印技術中，由S.R.奧夫辛斯基首創的 As-Te-Ge-Si系玻璃半導體製作的電可改寫主讀存儲器已有商品生產，利用光脈沖使碲微晶薄膜玻璃化這種性質製作的光存儲器正在研製之中。對於非晶硅的應用目前研究最多的是太陽能電池。非晶硅比晶體硅制備工藝簡單，易於做成大面積，非晶硅對於太陽光的吸收效率高，器件只需大約1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一種廉價的太陽能電池，現已受到能源專家的重視。最近已有人試驗把非晶硅場效應晶體管用於液晶顯示和集成電路。

㈤ 導體、半導體、絕緣體有什麼區別，分別有什麼用途

1、物理性質不同：

（1）導體電阻率很小且易於傳導電流。導體中存在大量可自由移動的帶電粒子。在外電場作用下，帶電粒子作定向運動，形成明顯的電流。

（2）半導體常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間。

（3）絕緣體不善於傳導電流，電阻率極高。絕緣體和導體，沒有絕對的界限。絕緣體在某些條件下可以轉化為導體。

2、用途不同：

（1）導體常用於工程技術、科學以及能源領域。

（2）半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明、大功率電源轉換等領域都有應用，如二極體就是採用半導體製作的器件。

（3）絕緣體通常作為電纜的外表覆層。事實上空氣本身就是一種絕緣體，並不需要其他的物質進行絕緣。高壓輸電線就是通過空氣絕緣的，因為使用固體（例如塑料）覆層並不實際。然而，導線相互接觸可能造成短路和火災。

在同軸電纜中，中心的導體必須位於正中，以防止電磁波的反射。另外，任何高於60V的電壓都會對人體造成電擊或觸電危險。使用絕緣體作為外表覆層可以防止這些問題。

(5)半導體的本質是什麼意思擴展閱讀：

通常電阻系數小的，導電性能好的物體例如：銀、銅、鋁是良導體。含有雜質的水、人體、潮濕的樹木、鋼筋混凝土電桿、牆壁、大地等，也是導體，但不是良導體。

電阻系數很大的，導電性能很差的物體例如：陶瓷、雲母、玻璃、橡膠、塑料、電木、紙、棉紗、樹脂等物體，以及乾燥的木材等都是絕緣體。

導電性能介於導體和絕緣體之間的物體例如：硅、鍺、硒、氧化銅等都是半導體。

㈥ 半導體導電的本質是什麼

本身不導電,但是在某種特殊情況下導電.比如發光二極體,就是只有在特定電流方向中才能發光.

㈦ 什麼叫半導體材料

(1)什麼叫半導體？
導電性能介於導體與絕緣體之間的材料，叫做半導體．

例如：鍺、硅、砷化鎵回等．
半導體在科學答技術，工農業生產和生活中有著廣泛的應用．（例如：
電視、半導體收音機、電子計算機等）這是什麼原因呢？下面介紹它
所具有的特殊的電學性能．

(2)半導體的一些電學特性
①壓敏性：有的半導體在受到壓力後電阻發生較大的變化．
用途：製成壓敏元件，接入電路，測出電流變化，以確定壓力的變化．
②熱敏性：有的半導體在受熱後電阻隨溫度升高而迅速減小．
用途：製成熱敏電阻，用來測量很小范圍內的溫度變化．