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『』半导体是什么? 它们是如何工作的呢? 三年前


『』半导体是什么? 它们是如何工作的呢? 三年前
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『』半导体是什么? 它们是如何工作的呢? 三年前
半导体是一种只传递部分电流的材料 。 它的电导率介于具有完全电导率的导体和电导率可以忽略不计的绝缘体之间 。
你的电脑或者你正在阅读这篇文章的心爱的智能手机实际上是由硅层驱动的 ， 上面覆盖着比一根头发还细的数十亿晶体管 ， 这些晶体管是由一种叫做半导体的固体物质组成的 。
 半导体是什么?
能量带和电流的流动
任何晶体都是由原子组成的 ， 这些原子能容纳大量间隔很近的能级中的电子 。 然而 ， 根据泡利不相容原理 ， 其证明超出了本文的范围 ， 要求只有两个向相反方向旋转的电子才能容纳一个能级 ， 使其真正稳定 。
这些能级可以用被允许放置电子的小距离分隔的线来表示 ， 仅在这些特定的能级中 。 然后将几个能级组合在一起形成“能带” ， 即所谓的能带 。 下面的能带具有最少的能量 ， 称为价带 ， 上面的能带具有较高的能级 ， 称为导带 。 电子“跃迁”这个距离所需的能量称为带隙能量 。
 一个原子的能级的图解 ， 该原子的能级被组合成能带 。 这些点代表电子 。
图中第一个晶体的价电子带中有奇数个电子 ， 下一个带中没有电子 ， 这使得单个电子处于最高能级 。 这将很容易流到传导带时 ， 给予一个小踢或连接到电池 ， 提供一个巨大的电流 。 这种晶体是导体;导体的例子是金属 ， 如铜和铁 。
第二种晶体的电子不仅非常稳定且相互束缚 ， 而且在其导带中也有一对电子 ， 使得电子几乎不可能流向导带 。 这代表一个绝缘体 。 纸、橡胶和玻璃是一些常见的绝缘体 。
第三种晶体有一个松散的电子 ， 但不是空的导电带 。 然而 ， 它确实包含了能容纳更多电子的半满能级 。 这个松散的电子可以投射到传导带时 ， 给予足够强的踢 ， 呈现少量的电流 。 这种晶体是半导体;主要的例子是硅和锗 。
这种操作可以用吊桥的比喻来总结 ， 在吊桥上 ， 代表导线的桥梁可以重叠 ， 也可以连接 ， 这样乘客就可以很容易地通过 。
 半导体可以用一个构造不佳的桥来表示 ， 这座桥只会在半路关闭 ， 需要乘客跳过桥与桥之间的距离 。 最后 ， 绝缘体是一座完全不闭合的桥 ， 使得任何乘客都不可能跳跃到桥的另一边 。
用吊桥类比说明各种材料的能带 。
是什么使半导体如此特殊?
导电性是由于正电荷的流动而产生的
允许电子在物质中流动的能力是它的导电性 。 导体的导电性是最高的 ， 而绝缘体的导电性是最低的 ， 因为流过绝缘体的电子是可以忽略不计的 。 然而 ， 顾名思义 ， 半导体的导电性是中等的 。
价带空穴的概念 。
关于半导体的另一件有趣的事情是 ， 电流不仅由电子携带 ， 还由它们留下的空穴携带 ， 空穴被称为空穴 。 在价电子带中留下的空穴可以被来自较低能级的电子所占据 ， 从而促进电流的流动 ， 从而在这些较深的能级中也留下空穴 ， 而这些空穴将被下面的电子所占据 ， 等等 。
因此 ， 电流可以定义为这些“正电荷”的流速 。
掺杂和通过设备控制电流
仔细考虑它的效用 ， 我们必须明白 ， 流过半导体的电流与导体不同 ， 它不是电子的不可控的激增 ， 而是电荷及其稳定流动的微妙组合 。 创新工程提出了污染硅或锗原子以产生新能级的想法 。
左:纯硅原子 。 中心:硅掺杂磷 ， 产生一个额外的电子 。 右:硅掺杂硼 ， 造成一个额外的孔 。
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