關於半導體的知識介紹

2020-12-05 小魅觀天下

在收音機接收的過程中有個檢波的工作,用電阻器、電容器和電感器都無法完成,我們還得依靠另外一種元件,它叫做二極體。電晶體收音機中的二極體又名半導體二極體、晶體二極體,因為它是用半導體材料製成的。今天我們就來介紹一下關於半導體的知識。

首先來看半導體的基本介紹。從我們日常的生產實踐和生活經驗中,我們已經知道了有些物質導電能力很強,例如銀、銅、鋁、鐵等等,我們把這類材料做導體。還有一些物質基本上不導電,像塑料、雲母、玻璃、膠木、橡膠、幹木材、化學纖維等等,我們把這一類材料叫做絕緣體。但是,自然界裡還有一些物質,它們的導電能力雖然比導體弱,卻比絕緣體強。這種材料就是半導體,例如鍺、矽(矽)、硒、氧化銅等材料。為什麼物質會有這種性質上的不同呢,物理學的研究告訴我們,物質都是由原子組成的,而原子又是由帶正電的原子核和核外電子組成的。不同物質的原子,結構是不一樣的。比如說氫原子,它的原子核由一個帶正電的質子構成,而核外電子也只有一個。但是矽原子的原子核卻是由14個帶正電的質子和14個不帶電的中子組成,核外則有14個帶負電的電子。

大家都知道,正電和負電之間存在著吸引力,所以原子裡的電子受到原子核的束縛。既然各種物質的原子有不同的結構,我們就很容易看得出,這些原子的核外電子所受的束縛力是不一樣的。即使是同一個原子,核外的各個電子受到的束縛也是不一樣的。在有些物質的原子裡,它的最外層電子受到的吸引力非常弱,這種電子很容易掙脫所受的束縛而跑到別的地方去。這種掙脫了束縛,在物質內部各個原子之間跑來跑去的電子,叫做「自由電子」。自由電子非常容易在外界作用下做定向運動,從而形成電流。很明顯,如果物質裡面存在大量自由電子的話,比如在各種金屬裡就是這樣的,那麼它們一定有很好的導電能力,是良導體。反之,一些物質物質裡面的核外電子受到極強的束縛,只有極少量的電子能夠成為自由電子,這類物質就成了良好的絕緣體,像上面說到的雲母橡膠等。

那麼,半導體又是怎麼樣的呢?原來,在半導體材料裡,核外電子所受的束縛既不像導體那樣弱,也不像絕緣體那樣十分嚴緊。所以,半導體裡的自由電子比絕緣體裡多,而比導體裡少。因此,半導體材料的導電性能介於導體和絕緣體之間。

再來介紹一下P型半導體和N型半導體。從上面的敘述來看,很多人也許會這樣想,半導體並沒有什麼大用處。把它當做導體用,嫌它的導電性能不夠好,把它當做絕緣體用,又嫌它的絕緣能力太差。是的,確實是這樣,這也是在40年代以前,這些材料並沒有在電子技術中顯身手的原因之一。但是,人們對自然界的認識從來就是沒有止境的,在跟自然界鬥爭的科學實驗過程中,人們發現了一個非常有趣且非常有用的現象,在純淨的四價半導體材料,如鍺和矽裡面摻入少量「雜質」,像是三價元素或者五價元素就可以,半導體材料的導電能力就會大大增加,成為良好的導體。這是因為純淨的四價半導體材料裡摻進了少量三價元素以後,裡面會出現許多容易移動的「帶正電」的「空穴」,而如果摻進了少量五價元素,裡面又會出現許多容易移動的帶負電的電子,即自由電子。為了區分它們,我們把摻進三價元素的半導體叫做P型半導體,把摻進五價元素的半導體叫做N型半導體。

關於半導體的知識就先介紹到這裡了,你對它有了解了嗎?

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