半導體 〈Semiconductor〉
高雄市立高雄女子高級中學一年級馬立宜、張晉瑜、周炯彤、陳君庭/高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師修改/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯
半導體
半導體是一種導電性介於導體與絕緣體之間的固體材料,由於電性質的多樣性,使得它在工程科技上的應用上,顯得非常重要。目前的電子元件,從電腦、手機到數位 影音播放器,都是以半導體作為其主要成份的設計。矽是半導體在商業用途上主要元素,到目前為止已有無數半導體材料廣泛被使用。
概觀
半導體與絕緣體很相似,兩者主要的區別在於能隙的大小(電子脫離原子束縛成為自由電子所需之最小能量),絕緣體比半導體有較大的能隙。半導體因為有能隙,其 電子必須獲得足夠的能量,才能成為自由電子,在室溫,正如絕緣體一樣,其有較少的電子能獲得足夠的能量,從價帶跳到傳導帶成為自由電子,而能貢獻電流,因 此半導體與絕緣體,在未加電場的情形下,兩者電阻值是差不多的,也因為半導體比絕緣體有較小的能隙,所以除了溫度以外,另有其它的方法去控制它的電性。純 質型的半導體,可藉助我們稱為掺雜(doping)的過程,加入雜質而改變電性,我們可以大略的估計,在材料中貢獻電流的載子數目,從加入的雜質原子所提 供的自由電子與電洞(後面我們會觀念性的討論)的數目來決定,所以借助較大比例的掺雜,增加載子數目可提升到接近導體的電性,掺雜原子的種類不同,而使得 材料中電子與電洞的數目不同,而分為N型與P型半導體,將N型與P型接合的異質介面,會形成一內建電場,而導致自由電子與電洞能在這區域,受場的作用而移 動,這也是半導體元件在設計上很重要的依據。