半导体

半导体（semiconductor）它是一种在室温下导电率介于导体和绝缘体之间的物质。它的电导率与其中的载流子数量有关，载流子主要包括电子和空穴。纯半导体，由于其能带结构与绝缘体相似，可以激发有限数量的载流子，因此几乎不导电。通常在半导体中掺杂杂质，可以引入额外的电子或空穴，实现对半导体电导率的有效调控。 www.qwbaike.cn

半导体的最早发现可以追溯到法拉第公司19世纪美国对硫化银的研究。从那以后，人们发现了更多种类的半导体。常见如硒、锗、元素半导体，如硅和氧化铜、硫化铜、砷化镓等化合物半导体。此外，根据掺杂杂质的类型可分为N型半导体和P型半导体。此外，它还可以根据晶体成分分为非晶半导体、固溶半导体等。由于半导体对外部环境（例如热、光、电、磁等）的变化非常敏感，所以它具有非常丰富的特性，比如光伏、光电导和其他光电特性以及塞贝克效应、热电特性，如珀尔帖效应和磁阻效应、霍尔效应等等。基于半导体，可以制造集成电路所需的各种器件可以说，半导体是现代集成电路的基础。此外，半导体还可以用于光伏发电、激光、制冷、传感测量、机械加工等诸多领域。 https://www.qwbaike.cn

载流子：半导体主要依靠内部载流子导电，其载流子主要包括电子和空穴，电子和空穴是通过热激发或光激发产生的。在半导体中掺杂某些杂质会改变载流子的激发特性，因此载流子的数量取决于温度、外部照明和掺杂杂质等。

本征半导体：纯半导体又称本征半导体，由于载流子数量少，通常会掺杂其他元素以提高其导电性。根据杂质的不同，可分为n型半导体和p型半导体。n型半导体是指其中的电子数远远多于空穴数，而P型半导体是指其中的空穴数远远多于电子数。 qwbaike.cn

PN结：通过扩散和光刻，N型半导体和P型半导体结合在一起，形成具有单向导电性的结构，称为PN结。PN结可分为同质结和异质结。

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能带结构：半导体的导电性与其能带结构密切相关。能带是指材料中的电子由于共同运动而分裂了原来的简并电子能级，形成许多能量间隔非常小的能级，可以认为是连续的能带。典型的半导体能带结构如下图所示，其中包括价电子占据的价带、未被电子占据或部分被电子占据的导带、不允许电子进入的禁带。绝对零度时，价带中的所有能级都被电子占据，也叫全带；传导中的所有能级都没有被电子占据，这也被称为空带。 Famous Encyclopedia String

带隙宽度通常表示为，它是决定半导体性能的一个非常重要的参数。因为全波段和空波段可以 t导电，只有半能带结构才能导电。对于一般的半导体材料，由于其带隙小，通过热激发、在光或电场的作用下，价带电子可以被激发成跨禁带导电。绝缘体可以绝缘的原因从能带的角度来看，它的带隙太大了。 Famous Encyclopedia String
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掺杂：半导体的掺杂特性是在半导体中引入少量的杂质原子，从而改变其电学性质。掺杂可以分为两种：n型掺杂和p型掺杂。在n型掺杂中，杂质原子通常是五价元素，如磷、砒霜等称为施主杂质。施主杂质的掺杂将向半导体中释放额外的电子；在p型掺杂中，杂质原子通常是三价元素，例如铝、硼等，称为受主杂质。受主杂质的掺杂将形成空穴，从而增加半导体的导电性。掺杂的特性还包括杂质原子的掺杂浓度和分布。掺杂浓度是指半导体中杂质原子的数量，它决定了半导体的导电性。杂质原子的分布决定了半导体中电子和空穴的浓度分布，也影响着半导体的电学性质。

电导率：半导体在绝对零度时不导电在室温下，半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间，其电导率强烈依赖于杂质、温度等因素。由于它的导电粒子是空穴和电子，半导体的电导率通常可以用下面的公式计算：其中它们分别是电子和空穴的浓度以及电子和空穴的迁移率。 Famous Encyclopedia String

发光特性：半导体的发光特性是由电子决定的-空穴对的复合过程决定了复合包括辐射复合和非辐射复合。只有辐射复合才能使半导体发光，而非辐射复合不会发光，而是将载流子复合的能量转移到晶格中，使晶体升温。主要的辐射复合过程包括：①—带间跃迁是直接带隙半导体发光的主要机制；②—电子-空穴对通过发光中心的复合是间接带隙半导体发光的主要机制。

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热电特性：半导体具有热能和电能相互转换的特性，也称为热电特性或热电效应。包括塞贝克效应(Seebeck effect效果效果)珀耳帖效应(Pelletier   effect)汤姆逊效应(Thomson effect)塞贝克效应是指当两个温度不同的导体或半导体连接在一起时，会产生电势差，这种电势差称为塞贝克电势。半导体的塞贝克效应可用于温差发电。珀耳帖效应当连接两个不同的导体并施加电流时，接头处会有吸热或放热。吸收或释放的热量称为珀尔帖热。基于珀耳帖效应可以制造半导体电子制冷装置。汤姆逊效应是指当电流通过具有温度梯度的半导体时，除了与电阻相关的焦耳热外，半导体中还会吸收或释放额外的一部分热量。

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其他特性

导热特性：半导体的热传导是由电子的运动和晶格振动引起的(声子)一起起作用，所以它具有低热导率(相比金属)强烈的温度依赖性、对掺杂杂质非常敏感等。 Famous Encyclopedia String

霍尔效应：半导体的霍尔效应是将通电的半导体置于与电流方向垂直的磁场中时，半导体内部产生横向电场的现象。半导体的霍尔效应可以用来测量载流子的迁移率和浓度。

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磁阻特性：由于磁场的存在，半导体的电阻增大，称为磁阻效应。通常，高迁移率材料的磁阻效应很明显。利用这一特性，可以制成半导体磁阻。

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压阻效应：当半导体承受一定的压力时，会导致半导体的电阻率发生变化，这就是所谓的压阻效应。利用这种效应，可以制备半导体应变仪、压敏二极管、压敏晶体管等电子元件。
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集成电路：半导体可以说是现代集成电路的基础，集成电路所需的各种器件都可以基于半导体制造、如二极管、晶体管、场效应晶体管，用于电路的开关、电流电压增益、信号功率增益等。

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光伏发电：光伏发电的核心在于半导体制成的太阳能电池，而太阳能电池本质上是一个相对较大的pn结利用pn结的内建电场分离太阳光激发产生的电子空穴对，实现光能到电能的转换。 Famous Encyclopedia String

激光：半导体激光器（LD）它是一种以半导体为激发介质的激光器。不仅效率高体积小重量轻；而且具有高稳定性和直接调制的优点，可以很好地与其他半导体器件集成。目前已广泛应用于网络通信光盘存储精密测量和物料搬运等领域；对许多行业（如医药、军工等）对的发展有深远的影响。

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制冷：半导体制冷系统利用半导体的珀耳帖效应，在其两端形成温差来实现制冷。珀尔帖效应是由两种不同导体中载流子能量的差异引起的。当平均能量较高的电荷转移到平均能量较低的导体时，会释放出额外的热量；相反，它从系统外部吸收热量。在半导体器件中，由于载流子由平均能量差较大的电子和空穴组成，因此珀耳帖效应更加显著。半导体制冷就是基于这个原理。 Famous Encyclopedia String

其他领域

传感测量：基于半导体的特性，我们可以设计和测量各种物理量，包括温度、磁场强度、压力、阻力等，并具有高灵敏度、占用体积小、低成本和许多其他优点。 Famous Encyclopedia String

机械加工：采用传统技术时，由于电源脉宽较宽，机械加工如电火花加工和电解加工通常导致加工精度低和生产效率有限。用半导体器件构成工作电源和自动控制电路，不仅可以实现更精确的加工，而且具有非常灵活的调节范围。

探伤：由可控硅组成的超声波电源可用于各种机械探伤技术，如射线探伤、涡流探伤、超声波探伤等。

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