3分钟深度解析半导体基本原理与价值

  半导体是通常由硅组成的材料产品,其导电性比玻璃之类的绝缘体高,但比铜或铝之类的纯导体导电性低。可以通过引入杂质(称为掺杂)来改变其导电性和其他性能,以满足其所驻留的电子组件的特定需求。

  在金属铜是导体观察它的原子结构图就会发现它的最外层只有一个电子我们把这个电子称为价电子因为原子核与价电子间的吸引力较小所以一旦受到外力吸引,这个电子就很容易脱离争原子成为一个自由电子这也是铜能够成为导体的主要原因,同理 观察绝缘体的原子结构就会发现它们通常拥有8个价电子极其稳定顾名思义半导体应该介于二者之间那么它的原子结构又是怎么样的呢?

  观察元素周期表就可以发现在导体和绝缘体的分界线附近的元素就是制作半导体的重要材料硅元素,当然是最有影响力的一个观察原子结构图就会发现它的最外层有4个电子要想达到平衡状态不是舍弃四个电子就是更拉拢四个电子而硅原子在排列时巧妙地共享了上下左右四个电子手拉着手组成了稳定8电子结构也就是共价键那,那么硅的导电性又从何而来呢当温度大于绝对零度时处于价带的电子就可能发生跃迁变成自由电子,同时原来的位置上就会形成一个空穴也就是说硅晶体内会存在等量的自由电子和空穴它们都可以起到导电的作用这就是纯净半导体也叫做本征半导体它的结构,虽然完美但是想要增加半导体的导电能力还需要掺杂其他元素。

  当我们把硅原子替换成5价磷原子时就可以提高自由电子的浓度得到N型半导体同理如果用最外层只有三个电子的硼原子替换硅原子提高空穴的浓度就可以得到P型半导体,那么把这两种类型的半导体连接在一起会发生什么呢?N区的电子迫切地想扩散到P区P区的空穴拼命想要扩散到N区,这时就会形成一个由N指向P的“内电场”阻止扩散进行在二者达到动态平衡后就会在交界面形成一个空间电荷区,这就是PN结PN结具有单向导电性我们常见的二极管,便是利用这个特性制成的而利用太阳光照射PN结就会激发产生电子空穴对经过界面层的电荷分离就会形成一个由P指向N的光生电场这就是光生伏特效应也是太阳能电池的基本原理。

  半导体公司面临的经典难题是,是由技术驱动市场还是由市场驱动技术。投资者应认识到两者都对半导体行业有效。