為什麼硅可以形成半導體

⑴ 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！

⑵ 為什麼硅能夠做成電子元件

硅guī（台灣、香港稱矽xī）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28.09，有無定形和晶體兩種同素異形體，同素異形體有無定形硅和結晶硅。屬於元素周期表上IVA族的類金屬元素。
晶體結構：晶胞為面心立方晶胞。

原子體積:(立方厘米/摩爾)

12.1

元素在太陽中的含量:(ppm)
900

元素在海水中的含量:(ppm)
太平洋表面 0.03

地殼中含量：（ppm）
277100

氧化態：
Main Si+2, Si+4

Other

化學鍵能： (kJ /mol)
Si-H 326
Si-C 301
Si-O 486
Si-F 582
Si-Cl 391
Si-Si 226

熱導率: W/(m·K)
149

晶胞參數：
a = 543.09 pm
b = 543.09 pm
c = 543.09 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°

莫氏硬度：6.5

聲音在其中的傳播速率：（m/S）
8433

電離能 (kJ/ mol)
M - M+ 786.5
M+ - M2+ 1577.1
M2+ - M3+ 3231.4
M3+ - M4+ 4355.5
M4+ - M5+ 16091
M5+ - M6+ 19784
M6+ - M7+ 23786
M7+ - M8+ 29252
M8+ - M9+ 33876
M9+ - M10+ 38732

晶體硅為鋼灰色，無定形硅為黑色，密度2.4克／立方厘米，熔點1420℃，沸點2355℃，晶體硅屬於原子晶體，硬而有光澤，有半導體性質。硅的化學性質比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶於水、硝酸和鹽酸，溶於氫氟酸和鹼液，用於造制合金如硅鐵、硅鋼等，單晶硅是一種重要的半導體材料，用於製造大功率晶體管、整流器、太陽能電池等。硅在自然界分布極廣，地殼中約含27.6％，
結晶型的硅是暗黑藍色的，很脆，是典型的半導體。化學性質非常穩定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質發生反應。

硅的用途：

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型和p型半導體結合在一起，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、晶閘管和各種集成電路（包括我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。用純二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纖維，激光在玻璃纖維的通路里，無數次的全反射向前傳輸，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，它還不受電、磁干擾，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。
有機硅化合物，是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-0-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數最多，研究最深、應用最廣的一類，約占總用量的90%以上。
有機硅材料具有獨特的結構：
（1） Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來；
（2） C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱；
（3） Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。
（4） Si-O鍵是具有50％離子鍵特徵的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。
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。
有機硅材料按其形態的不同，可分為：硅烷偶聯劑（有機硅化學試劑）、硅油（硅脂、硅乳液、硅表面活性劑）、高溫硫化硅橡膠、液體硅橡膠、硅樹脂、復合物等。

發現

1822年，瑞典化學家貝采里烏斯用金屬鉀還原四氟化硅，得到了單質硅。

名稱由來

源自英文silica，意為「硅石」。

分布

硅主要以化合物的形式,作為僅次於氧的最豐富的元素存在於地殼中，約佔地表岩石的四分之一，廣泛存在於硅酸鹽和硅石中。

制備

工業上，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而製得。

化學反應方程式：

SiO2 + 2C → Si + 2CO

這樣製得的硅純度為97~98%，叫做金屬硅。再將它融化後重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。如要將它做成半導體用硅，還要將其轉化成易於提純的液體或氣體形式，再經蒸餾、分解過程得到多晶硅。如需得到高純度的硅，則需要進行進一步的提純處理。

同位素

已發現的硅的同位素共有12種，包括硅25至硅36，其中只有硅28，硅29，硅30是穩定的，其他同位素都帶有放射性。

用途

硅是一種半導體材料，可用於製作半導體器件和集成電路。還可以合金的形式使用(如硅鐵合金)，用於汽車和機械配件。也與陶瓷材料一起用於金屬陶瓷中。還可用於製造玻璃、混凝土、磚、耐火材料、硅氧烷、硅烷。

元素周期表

總體特性

名稱 符號 序號 系列 族 周期 元素分區 密度 硬度 顏色和外表 地殼含量
硅 Si 14 類金屬 14族(IVA) 3 p 2330千克/立方米 6.5 深灰色、帶藍色調 25.7%

原子屬性

原子量 原子半徑 共價半徑 范德華半徑 價電子排布 電子在每能級的排布 氧化價（氧化物） 晶體結構

28.0855u （計算值)110（111)pm 111pm 210pm [Ne]3s23p2 2，8，4 4（兩性的） 面心立方

物理屬性

物質狀態 熔點 沸點 摩爾體積 汽化熱 熔化熱 蒸氣壓 聲速

固態 1687 K（1414 °C） 3173 K（2900 °C） 12.06×10-6m3/mol 384.22 kJ/mol 50.55 kJ/mol 4.77 帕（1683K） 無數據

其他性質

電負性 比熱 電導率 熱導率 第一電離能 第二電離能 第三電離能 第四電離能
1.90（鮑林標度） 700 J/(kg·K) 2.52×10-4 /(米歐姆) 148 W/(m·K) 786.5 kJ/mol 1577.1 kJ/mol 3231.6 kJ/mol 4355.5kJ/mol

第五電離能 第六電離能 第七電離能 第八電離能 第九電離能 第十電離能
16091 kJ/mol 19805 kJ/mol 23780 kJ/mol 29287 kJ/mol 33878 kJ/mol 38726 kJ/mol

最穩定的同位素

同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量(MeV) 衰變產物
28Si 92.23% 穩定
29Si 4.67% 穩定
30Si 3.10% 穩定
32Si 人造 276年 β衰變 0.224 32P

29Si

核自旋 1/2

元素名稱：硅

元素原子量：28.09

元素類型：非金屬

發現人：貝采利烏斯 發現年代：1823年

發現過程：

1823年，瑞典的貝采利烏斯，用氟化硅或氟硅酸鉀與鉀共熱，得到粉狀硅。

元素描述：

由無定型和晶體兩種同素異形體。具有明顯的金屬光澤，呈灰色，密度2.32-2.34克/厘米3，熔點1410℃，沸點2355℃，具有金剛石的晶體結構，電離能8.151電子伏特。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。硅在自然界分布很廣，在地殼中的原子百分含量為16.7%。是組成岩石礦物的一個基本元素，以石英砂和硅酸鹽出現。

元素來源：

用鎂還原二氧化硅可得無定形硅。用碳在電爐中還原二氧化硅可得晶體硅。電子工業中用的高純硅則是用氫氣還原三氯氫硅或四氯化硅而製得。

元素用途：

用於製造高硅鑄鐵、硅鋼等合金，有機硅化合物和四氯化硅等，是一種重要的半導體材料，摻有微量雜質得硅單晶可用來製造大功率的晶體管，整流器和太陽能電池等。

元素輔助資料：

硅在地殼中的含量是除氧外最多的元素。如果說碳是組成一切有機生命的基礎，那麼硅對於地殼來說，佔有同樣的位置，因為地殼的主要部分都是由含硅的岩石層構成的。這些岩石幾乎全部是由硅石和各種硅酸鹽組成。

長石、雲母、黏土、橄欖石、角閃石等等都是硅酸鹽類；水晶、瑪瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是，硅與氧、碳不同，在自然界中沒有單質狀態存在。這就註定它的發現比碳和氧晚。

拉瓦錫曾把硅土當成不可分割的物質——元素。

1823年，貝齊里烏斯將氟硅酸鉀（K2SiF6）與過量金屬鉀共熱製得無定形硅。盡管之前也有不少科學家也製得過無定形硅，但直到貝齊里烏斯將製得的硅在氧氣中燃燒，生成二氧化硅——硅土，硅才被確定為一種元素。硅被命名為silicium，元素符號是Si。

硅是一種半導體材料，可用於製作半導體器件和集成電路。還可以合金的形式使用(如硅鐵合金)，用於汽車和機械配件。也與陶瓷材料一起用於金屬陶瓷中。還可用於製造玻璃、混凝土、磚、耐火材料、硅氧烷、硅烷。

造房子用的磚、瓦、砂石、水泥、玻璃，吃飯，喝水用的瓷碗、水杯，洗臉間的潔具，它們看上去截然不同，其實主要成分都是硅的化合物。雖然人們早在遠古時代便使用硅的化合物粘土製造陶器。但直到1823年，瑞典化學家貝采利烏斯才首次分離出硅元素，並將硅在氧氣中燃燒生成二氧化硅，確定硅為一種元素。中國曾稱它為矽，因矽和錫同音，難於分辨，故於1953年將矽改稱為硅。硅是一種非金屬元素，化學符號是Si。它是構成礦物與岩石的主要元素。在自然界硅無游離狀態，都存在於化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅（硅石）和硅酸鹽。例如，花崗岩是由石英、長石、雲母混合組成的，石英即是二氧化硅的一種形式，長石和雲母是硅酸鹽。砂子和砂岩是不純硅石的變體，是天然硅酸鹽岩石風化後的產物。硅約佔地殼總重量的27.72％，其豐度僅次於氧。

硅是非金屬元素，有無定形和晶體兩種同素異形體，晶體硅具有金屬光澤和某些金屬特性，因此常被稱為准金屬元素。硅是一種重要的半導體材料，摻微量雜質的硅單晶可用來製造大功率晶體管、整流器和太陽能電池等。二氧化硅（硅石）是最普遍的化合物，在自然界中分布極廣，構成各種礦物和岩石。最重要的晶體硅石是石英。大而透明的石英晶體叫水晶，黑色幾乎不透明的石英晶體叫墨晶。石英的硬度為7。石英玻璃能透過紫外線，可以用來製造汞蒸氣紫外光燈和光學儀器。自然界中還有無定形的硅，叫做硅藻土，常用作甘油炸葯（硝化甘油）的吸附體，也可作絕熱、隔音材料。普通的砂子是製造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。硅酸乾燥脫水後的產物為硅膠，它有很強的吸附能力，能吸收各種氣體，因此常用來作吸附劑、乾燥劑和部分催化劑的載體
這就是硅。

缺乏症
[編輯本段]

飼料中缺少硅可使動物生長遲緩。動物試驗結果顯示，喂飼致動脈硬化飲料的同時補充硅，有利於保護動物的主動脈的結構。另外，已確定血管壁中硅含量與人和動物粥樣硬化程度呈反比。在心血管疾病長期發病率相差兩部的人群中，其飲用水中硅的含量也相差約兩倍，飲用水硅含量高的人群患病較少。並且他已知的危險因素都不能充分解釋這種不同

⑶ 硅元素為什麼能製造電子晶元原理是什麼

因為硅（鍺）外層有4個電子 導電能力介於導體與絕緣體之間 純凈的硅（鍺）專 叫做本徵半導體 。

如果在純凈的硅（鍺）中參如微量的五價磷，銻，砷等元素就形成了N型半導體，同樣如果在純凈的硅（鍺）中參如微量的三價硼，鋁，銦，等元素就形成了P型半導體。屬

N型半導體和P型半導體合在一起就是一個二極體。。同樣可以做成三極體。場效應管。等其他半導體電子元器件。

具體原理請參見大學 模擬電子基礎書。

⑷ 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

⑸ 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

⑹ 為什麼硅的半導體性能能製成晶元和光電池。就是半導體為什麼能製成晶元和半導體。實質

晶元就是抄IC，泛指所有的電子元器件，是在硅板上集合多種電子元器件實現某種特定功能的電路模塊。由於硅的半導體可以製成由於半導體可以進行不同摻雜形成pn結，使其具有整流特性實現電路的與或非門，即邏輯表達。對於集成電路來講，最底下的一層叫襯底（一般為P型半導體），是參與集成電路工作的。拿cmos工藝來講，N溝道mos的p型襯底都是連在一起的，都是同一個襯底。集成電路是一些電子元器件加連線構成，它通過加反偏和其他的技術來實現隔離（如器件二極體、三極體、場效應管）。
光電池就是利用半導體的光敏特性，在光照下，價帶的電子會躍遷到導帶，吸收大部分的太陽光，產生非平衡載流子，在pn結內建電場的作用下，形成了由n到p的光電流（參看光生伏特效應）這樣就實現了太陽能轉化為電能。（目前量產的單晶硅電池轉換效率在17%左右，多晶硅電池轉換效率在16%左右，而薄膜電池量產的轉換效率為10%左右。）
能力有限希望你能滿意。

⑺ 為何晶元要用硅作為半導體材料，怎麼不用其他的

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）。

⑻ 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。