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半导体在计算机中的应用


半导体介于导体与非导体间之物质(如硅或锗),故其导电性居于金属与绝缘体之间,并随温度而增加。半导体材料,呈中度至高度之电阻性(视制造之际所掺杂之物质而定)。纯半导体材料( 称为内质半导体),导电性低;若于其中添加特定类型之杂质原子(成为外质半导体),则可大为增加其导电性。施体杂质(5价)可大量增加电子数目,而产生负型半导体;受体杂质(3价)则大量增加电洞数目,而产生正型半导体。此种外质半导体之导电性,端视其中杂质之类型及总量而定。不同导电性之半导体若经集合一起,可形成各种接面; 此即为半导体装置(供作电子组件使用)之基础。半导体一词,亦常意指此类装置本身(如晶体管、集成电路等)。



  以导电性来说,应该知道有所谓的导体和绝缘体;而介于两者之间,导电性比金属导体小很多,却比绝缘体来得好的物质,就叫做『半导体』或『半金属』。


 一般而言,硅(Si)是最常用的半导体材料,在硅中掺入微量的砷(As)、磷(P)或硼(B),就能改变硅的导电特性,形成n型(负性)或p型(正性)半导体。n型?p型?是什么意思呢?下面简单说明:
硅原子的最外层有四个电子,纯硅原子间以共价(共享电子)的方式,形成一相当稳定的状态。由于缺少自由电子,因此,纯硅的导电性极差。但是,如果我们在纯硅中掺入(doping)少许的砷或磷(最外层有五个电子),就会多出一个自由电子,这样就形成n型半导体;如果我们在纯硅中掺入少许的硼(最外层有三个电子),就反而少了一个电子,而形成一个电洞,这样就形成p型半导体(少了一个带负电荷的电子,可视为多了一个正电荷)。此时若在硅晶两端加电压,就能使电子产生自由移动而显著地增加其导电性。
除了n型和p型半导体,如果把两者连接起来,在它们的接合面会有特殊情形产生,我们把这个面称为p-n型接面(p-n junction)。一般熟知的晶体管、二极管等电子组件,就是利用p-n型接面而形成的。


 半导体的重要性,在于我们可以利用改变半导体的电容,制成各种半导体组件,而使得电子工业、光学工业和能量系统都产生重大改进(如雷射、太阳能电池),近年来更广泛运用在计算机的芯片中。


 半导体<semicondcctor>,顾名思义,是导电力介于金属等导体和玻璃等飞导电体的物质.若以导电率来看,半导体大致位于1e3-10(ohm-cm)间<这只是概分>.是温下铝的电阻系数为2.5e-6 ohm-cm,而玻璃则几乎无限大.会有这种现象是因为物质内部电子分布在不同的能量范围<或称能带>内,其中可让电子自由移动的能带称为导电带,除非导带内有电子可自由活动,否则物质将无法经由电子来传导电流.其它能带<导电带>的电子必须要克服能量障碍<指能隙>跃升致电导电带后,方可成为导电电子.例如玻璃,即是因为这能隙太大,使得电子再是温下无法跃至导电带后自由活动,所以是非导体.


 至于半导体,其能量障碍不是很大,低于非导体,所以在高温,照光等给予能量的状况或是地加入一些可减小能量障碍的元素,便可以改变其电阻值,成为电的良导体.电子工业是利用半导体这种可随环境,参质的加入等而改变其导电能力的特性,发展出多项的应用产品.
半导体的材料又可分为元素半导体及化合物半导体.元素半导体是由一元素所组成的半导体,如Si,Ge等;化合物半导体则是两种以上的元素所组成的半导体,如GaAs,Zns等,常运用于光电或高速组件中.

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