半导体是介于导体与绝缘体之间的关键电子材料,其核心特征包括可控导电性、光电敏感性、温度依赖性及掺杂可调性。这些特性使其成为现代电子工业的基石,广泛应用于集成电路、光电器件和能源转换等领域。
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导电性能的可控性:半导体的电阻率介于导体(如铜)和绝缘体(如陶瓷)之间,且可通过掺杂、光照或温度变化精确调控。例如,掺入微量硼或磷可使其导电能力提升数十万倍,这是制造晶体管和二极管的基础。
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光电效应与光敏性:半导体对光高度敏感,光照可显著改变其电阻率。硫化镉等材料在无光时电阻达兆欧级,受光后骤降至千欧级,这一特性被用于太阳能电池和光电传感器。
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温度敏感的热敏性:半导体的电导率随温度升高而指数级增长,与金属相反。例如,热敏电阻利用这一特性实现温度检测与自动控制。
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掺杂与载流子调控:通过掺入三价(如硼)或五价(如磷)杂质,可分别形成P型(空穴主导)和N型(电子主导)半导体,两者结合形成的PN结具有单向导电性,是整流和放大电路的核心。
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能带结构的独特性:半导体的价带与导带间存在禁带宽度,电子需外界能量(如热或光)跃迁至导带才能导电。硅的禁带宽度为1.12eV,平衡了导电性与稳定性需求。
理解这些特征有助于优化半导体器件的设计与应用。随着技术发展,高电压、高频化和智能化成为新一代半导体的演进方向。