什么是半导体？分立半导体器件知识

什么是半导体？

"半导体"系一种特性兼具"导体"及"绝缘体"特点的物质，前者可如金属般传导电流，而后者则几乎不能导电。电流传输的便捷程度与物质电阻的高低密切相关。若电阻高，电流流通困难；若电阻低，电流传输便较为顺畅。

以电阻系数标示电导率时，半导体的电阻系数介于10-4至108Ωcm区间，导体的电阻系数位于10-8至10-4Ωcm区间，绝缘体的电阻系数横跨108至1018Ωcm范围。

半导体材料介绍

硅（Si）和锗（Ge）乃是众所周知的半导体材料。当其呈纯晶体结构时，这类物质几乎接近绝缘体（本征半导体），然而添加适量的掺杂剂便会使其电阻大幅降低，进而转变为导体。

依照掺杂剂的类别，可制备出n型或p型半导体。

由多种元素合成的半导体称作化合物半导体，此种类型相较于由单一元素制成如硅半导体者有所不同。具体的组合涵盖了元素周期表中的第III组和第V组、第II组和第VI组、第IV组等区域。

*将第Ⅴ组的磷（P）掺杂到第Ⅳ组的硅（Si）中制成n型半导体。
*将第Ⅲ组的硼（B）掺杂到第Ⅳ组的硅（Si）中制成p型半导体。

什么是n型半导体?

n型半导体是指以磷（P）、砷（As）或锑（Sb）作为杂质进行掺杂的本征半导体。第IV组的硅有四个价电子，第V组的磷有五个价电子。如果在纯硅晶体中加入少量磷，磷的一个价电子就可以作为剩余电子自由移动（自由电子*）。当这个自由电子被吸引到“＋”电极上并移动时，就产生了电流流动。

* 这个自由电子就是n型半导体的载流子。

什么是p型半导体?

p型半导体是指掺杂了硼（B）或铟（In）的本征半导体。第IV组的硅有四个价电子，第III组的硼有三个价电子。如果将少量硼掺杂到硅单晶中，在某个位置上的价电子将不足以使硅和硼键合，从而产生了缺少电子的空穴*。在这种状态下施加电压时，相邻的电子移动到空穴中，使得电子所在的地方变成一个新的空穴，这些空穴看起来就像按顺序移动到“–”电极一样。

* 这个空穴就是p型半导体的载流子。

什么是化合物半导体？

除了硅之外，还存在着结合了第III族和第V族元素，以及第II族和第VI族元素的化合物半导体。举例来说，GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、InGaAlP（磷化铝镓铟）等常被用作高频器件与光学器件制造的原材料。

近年来，InGaN（氮化铟镓）作为蓝光LED和激光二极管的基础材料受到了广泛的关注。同时，SiC（碳化硅）与GaN（氮化镓）作为功率半导体材料亦在相应领域得到了一定程度的关注及商业化运用。

典型的化合物半导体
第Ⅱ-Ⅵ组：ZnSe
第Ⅲ-Ⅴ组：GaAs，GaN，InP，InGaAlP，InGaN
第Ⅳ-Ⅳ组：SiC，SiGe

什么是pn结?

p型和n型半导体之间的接触面即称为PN结。

p型和n型半导体键合时，作为载流子的空穴和自由电子相互吸引、束缚并在边界附近消失。由于在这个区域没有载流子，所以它被称为耗尽层，与绝缘体的状态相同。

在这种状态下，将“＋”极连接到p型区，将“-”极连接到n型区，并施加电压使得电子从n型区顺序流动到p型区。电子首先会与空穴结合而消失，但多余的电子会移动到“＋”极，这样就产生了电流流动。

半导体器件的类型

采用半导体材料制成的电子部件被统称为半导体器件。随着应用领域的日益扩大以及电子设备技术的飞速发展，各类半导体器件也在持续地进行创新与研发。“分立半导体”是指具备单一功能的独立器件，如晶体管及二极管等。“集成电路（IC）”则指将众多功能元件安置在同一块芯片之上的装置。典型的IC包括存储器、微处理器（MPU）及逻辑IC等。更高集成度的LSI提升了IC的性能标准化与功能构建。按照功能／结构的划分，项目具体分类如下所列。

审核编辑：黄飞