半导体( semiconductor)，指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

　　物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等 半导体 等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

　　本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动[1] 。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。

　　半导体特点有哪些?

　　半导体五大特性∶电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。

　　★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。

　　★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。

　　晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。

　　共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。

　　自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。

　　空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。

　　电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。

　　空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动)，形成空穴电流。

　　本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。

　　载流子：运载电荷的粒子称为载流子。

　　导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。

　　本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。

　　本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。

　　复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。

　　动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。

　　载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多(即载流子的浓度升高)，导电性能增强;当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。

　　结论：本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件，又造成半导体器件温度稳定性差的原因。

　　杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。

　　N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。

　　多数载流子：N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子。

　　少数载流子：N型半导体中，空穴为少数载流子，简称少子。

　　施子原子：杂质原子可以提供电子，称施子原子。

　　N型半导体的导电特性：它是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子(自由电子)的浓度就越高，导电性能也就越强。

　　P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。

　　多子：P型半导体中，多子为空穴。

　　少子：P型半导体中，少子为电子。

　　受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。

　　P型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子(空穴)的浓度就越高，导电性能也就越强。

　　结论：

　　多子的浓度决定于杂质浓度。

　　少子的浓度决定于温度。

　　PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。

　　PN结的特点：具有单向导电性。

　　扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。

　　空间电荷区：扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动，称为空间电荷区。

　　电场形成：空间电荷区形成内电场。

　　空间电荷加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，阻止扩散运动的进行。

　　漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称漂移运动。

　　PN结的形成过程：如图所示，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。

　　PN结的形成过程

　　电位差：空间电荷区具有一定的宽度，形成电位差Uho，电流为零。

　　耗尽层：绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少，在分析PN结时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，称耗尽层。

　　:纯净的半导体材料在绝对零度(一273℃)时，其内部没有载流子可供导电，此时的半导体与绝缘体非常相似。但是，随着外加条件的改变(如环境温度、光照增强、掺杂等)，半导体中就会出现载流子，从而具有一定的导电能力。其导电特性如下:

　　1.热敏特性

　　半导体的电阻率随温度变化会发生明显地改变。例如纯锗，湿度每升高10度，它的电阻率就要减小到原来的1/2。温度的细微变化，能从半导体电阻率的明显变化上反映出来。利用半导体的热敏特性，可以制作感温元件——热敏电阻，用于温度测量和控制系统中。值得注意的是，各种半导体器件都因存在着热敏特性，在环境温度变化时影响其工作的稳定性。

　　2.光敏特性

　　半导体的电阻率对光的变化十分敏感。有光照时、电阻率很小;无光照时，电阻率很大。例如，常用的硫化镉光敏电阻，在没有光照时，电阻高达几十兆欧姆，受到光照时.电阻一下子降到几十千欧姆，电阻值改变了上千倍。利用半导体的光敏特性，制作出多种类型的光电器件，如光电二极管、光电三极管及硅光电池等.广泛应用在自动控制和无线电技术中。

　　3.掺杂特性

　　在纯净的半导体中，掺人极微量的杂质元素，就会使它的电阻率发生极大的变化。例如.在纯硅中掺人.百万分之—的硼元素，其电阻率就会从214000Ω·cm一下于减小到0.4Ω·cm.也就是硅的导电能为提高了50多万倍。人们正是通过掺入某些特定的杂质元素，人为地精确地控制半导体的导电能力，制造成不同类型的半导体器件。可以毫不夸张地说，几乎所有的半导体器件，都是用掺有特定杂质的半导体材料制成的。

　　PN结的单向导电性