半导体材料是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
它们具有如下特性:
- 晶体结构:半导体通常是以晶体形式存在,原子以规则的周期性排列。
- 能带结构:半导体具有两个特殊的能带,称为价带和导带。在室温下,价带被电子完全填充,而导带是空的。
- 带隙:价带和导带之间的能量差称为带隙。半导体的带隙通常在 1eV 到 3eV 之间。
- 纯净状态:在纯净状态下,半导体具有极低的电导率,因为没有自由电子可用于导电。
常见的半导体材料包括:
- 硅 (Si):最常用的半导体材料,用于制造集成电路、太阳能电池等电子器件。
- 锗 (Ge):第一种用于晶体管的半导体材料,但由于硅的性能更好而被取代。
- 砷化镓 (GaAs):具有较高的电子迁移率和较宽的带隙,用于制造高速电子器件和光电器件。
- 氮化镓 (GaN):具有非常宽的带隙,用于制造耐高压和高温的功率器件。
半导体材料的电导率可以通过掺杂来改变。掺杂是向半导体中添加少量其他元素(杂质)的过程,这会改变其电子结构。掺杂可以创建两种类型的半导体:
- n 型半导体:通过添加施主杂质(如磷或砷)而形成,增加自由电子的数量,提高电导率。
- p 型半导体:通过添加受主杂质(如硼或铟)而形成,减少自由电子的数量,提高空穴的浓度,也提高电导率。