半导体 半導體德語Halbleiter 英語Semiconductor 法語Semiconducteur是一种电导率在绝缘体至导体之间的物质或材料半导体在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度使得电导率上升电阻率下降在绝对零度时成为绝缘体依有无加入掺杂剂半导体可分为本征半导体杂质半导体n型半导体p型半导体 电导率容易受控制的半导体可作为資訊处理的元件材料从科技或是经济发展的角度来看半导体非常重要很多电子产品如電腦移动电话数字录音机的核心单元都是利用半导体的电导率变化来处理資訊常见的半导体材料有第一代另一種定義說法第一類的硅锗第二代類的砷化镓磷化銦第三代類的氮化鎵氧化鋅氮化鋁碳化硅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 材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定当电子从价带获得能量而跳跃至导电带时电子就可以在带间任意移动而导电一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的能隙非常小在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电而绝缘材料则因为能隙很大通常大于电子伏特电子很难跳跃至导电带所以无法导电 一般半导体材料的能隙约为至电子伏特介于导体和绝缘体之间因此只要给予适当条件的能量激发或是改变其能隙之间距此材料就能导电 半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流电子传导的方式与铜线中电流的流动类似即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递電洞导电则是指在正离子化的材料中原子核外由于电子缺失形成的空穴在电场作用下空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流一般称为正电流 材料中载流子carrier的数量对半导体的导电特性极为重要这可以通过在半导体中有选择的加入其他杂质IIIAVA族元素来控制如果我們在純矽中摻雜doping少許的砷或磷最外層有個電子就會多出個自由電子這樣就形成n型半導體如果我們在純矽中摻入少許的硼最外層有個電子就反而少了個電子而形成一個電洞hole這樣就形成p型半導體少了個帶負電荷的原子可視為多了個正電荷 普通半导体如硅砷化镓碳化硅等材料中的电子和空穴通常可以用非相对论性的抛物线型色散关系来描述其能量动能关系英语Energymomentum relation而在最近研发的新型半导体中包括由麻省理工学院的唐爽和崔瑟豪斯夫人提出的准狄拉克材料半狄拉克材料等唐崔瑟豪斯理论 电子和空穴可以具有不同的相对论效应这些相对论性的新型半导体材料或可引领下一代计算机芯片能源装置的研发