semiconductor 半导体

一种结晶体，例如硅或锗，其电导率(典型值为 105－10-7 西门子/米) 介于导体(高达 109Sm-1)和绝缘体(低到 10-15Sm-1)之间。由于结晶体的原子相靠很近，其电子轨道相互交叠，它们各自的能级(energy levels) 散布成能带(energyband)。在电场作用下，电子在导带和价带空态(称作“空穴”)净移位的结果，半导体中会出现导通。一个空穴的特性犹如一个带正电的电子。电子和空穴在半导体中被认为是电荷的载体。在特定的区域或材料中占优势的电荷载体型称为多数载流子，较不重要的则称为少数载流子。对于本征型半导体来说，载流子在其中的浓度为该材料本身的特征。由于热激发的结果，电子由价带迁跃到导带并留下一个空穴在价带中。因此在本征型半导体中，载流子在电子和空穴中等分。在非本征型半导体中， 占优势的电等类型取决于出现于其中的杂质的数量和价。锗和硅原子都是四价的，如果掺入晶格的杂质是五价的，例如砷、锑或是含磷的，每个原子就都会有一个多余的电子参与电导，亦即出现一个不与锗或硅的四价电子配的电子。于是增添了五价原子的非本征半导体使晶体中电子成为多数载流子，因而形成所谓的“n 型半导体”。同样地，如果杂质的原子是三价的，例如硼、铝、铟或镓，由于不恰当的结合，每一个原子就会产生一个空穴。于是多数载流子就是空穴，即 P 型半导体。

半导体器件实际上取代了热电子器件，由于它们的体积小了好几个数量级，耗能费用较少且更为可靠。电子半导体器件的基本结构是半导体二极管(参见 transistor)。它由一个一半 p 型一半 n 型的硅晶体组成。在两半边接合处有一个耗尽层，在其中由 n 型来的电子填入由 p 型来的空穴。这就形成一层势垒，它力图保持多余的电子在 n 区内，而多余的空穴在 P 区内。如果对 P 区用一个正电位加以偏置，势垒的高度就减少，这时这二极管就称为处于正向偏置。因为 p 区内的多数空穴能流向 n 区，而 n 区内的多数电子能流向 P 区。当正向偏置时，就会有一个通畅的电流流过势垒。反之，若 p 区用负电位加以偏置，势垒的高度就增加，于是只有一个由少数电子形成的漏电流能够从 p 区流到 n 区。p-n 结的作用就好像一个效率很高的整流器，因此得以广泛的应用。