半導體知識科普|詳細解析-KIA MOS管

半導體解析

半導體指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。

半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明、大功率電源轉換等領域都有應用，如二極管就是采用半導體制作的器件。

無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產品，如計算機、移動電話或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關聯。

常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導體材料應用中最具有影響力的一種。

半導體物理定義

物質存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導電性差的材料，如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等稱為絕緣體。而把導電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體。

可以簡單的把介于導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。與導體和絕緣體相比，半導體材料的發現是最晚的，直到20世紀30年代，當材料的提純技術改進以后，半導體的存在才真正被學術界認可。

半導體是指在常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。半導體是指一種導電性可控，范圍從絕緣體到導體之間的材料。

從科學技術和經濟發展的角度來看，半導體影響著人們的日常工作生活，直到20世紀30年代這一材料才被學界所認可。

半導體分類及性能

（1）元素半導體。元素半導體是指單一元素構成的半導體，其中對硅、硒的研究比較早。它是由相同元素組成的具有半導體特性的固體材料，容易受到微量雜質和外界條件的影響而發生變化。

目前， 只有硅、鍺性能好，運用的比較廣，硒在電子照明和光電領域中應用。硅在半導體工業中運用的多，這主要受到二氧化硅的影響，能夠在器件制作上形成掩膜，能夠提高半導體器件的穩定性，利于自動化工業生產。

（2）無機合成物半導體。無機合成物主要是通過單一元素構成半導體材料，當然也有多種元素構成的半導體材料，主要的半導體性質有I族與V、VI、VII族；II族與IV、V、VI、VII族；III族與V、VI族；

IV族與IV、VI族;V族與VI族；VI族與VI族的結合化合物，但受到元素的特性和制作方式的影響，不是所有的化合物都能夠符合半導體材料的要求。

這一半導體主要運用到高速器件中，InP制造的晶體管的速度比其他材料都高，主要運用到光電集成電路、抗核輻射器件中。 對于導電率高的材料，主要用于LED等方面。

（3）有機合成物半導體。有機化合物是指含分子中含有碳鍵的化合物，把有機化合物和碳鍵垂直，疊加的方式能夠形成導帶，通過化學的添加，能夠讓其進入到能帶，這樣可以發生電導率，從而形成有機化合物半導體。

這一半導體和以往的半導體相比，具有成本低、溶解性好、材料輕加工容易的特點。可以通過控制分子的方式來控制導電性能，應用的范圍比較廣，主要用于有機薄膜、有機照明等方面。

（4）非晶態半導體。它又被叫做無定形半導體或玻璃半導體，屬于半導電性的一類材料。非晶半導體和其他非晶材料一樣，都是短程有序、長程無序結構。它主要是通過改變原子相對位置，改變原有的周期性排列，形成非晶硅。

晶態和非晶態主要區別于原子排列是否具有長程序。非晶態半導體的性能控制難，隨著技術的發明，非晶態半導體開始使用。這一制作工序簡單，主要用于工程類，在光吸收方面有很好的效果，主要運用到太陽能電池和液晶顯示屏中。

（5）本征半導體：不含雜質且無晶格缺陷的半導體稱為本征半導體。

在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶，受到熱激發后，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導帶，價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位，稱為空穴。

空穴導電并不是實際運動，而是一種等效。電子導電時等電量的空穴會沿其反方向運動。

它們在外電場作用下產生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由于電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本征導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。

復合時釋放出的能量變成電磁輻射（發光）或晶格的熱振動能量（發熱）。在一定溫度下，電子-空穴對的產生和復合同時存在并達到動態平衡，此時半導體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。

溫度升高時，將產生更多的電子-空穴對，載流子密度增加，電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導體的電阻率較大，實際應用不多。

半導體應用領域

半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明應用、大功率電源轉換等領域應用。

光伏應用

半導體材料光生伏特效應是太陽能電池運行的基本原理。現階段半導體材料的光伏應用已經成為一大熱門 ，是目前世界上增長最快、發展最好的清潔能源市場。

太陽能電池的主要制作材料是半導體材料，判斷太陽能電池的優劣主要的標準是光電轉化率 ，光電轉化率越高 ，說明太陽能電池的工作效率越高。根據應用的半導體材料的不同 ，太陽能電池分為晶體硅太陽能電池、薄膜電池以及III-V族化合物電池。

照明應用

LED是建立在半導體晶體管上的半導體發光二極管 ，采用LED技術半導體光源體積小，可以實現平面封裝，工作時發熱量低、節能高效，產品壽命長、反應速度快，而且綠色環保無污染，還能開發成輕薄短小的產品 ，一經問世 ，就迅速普及，成為新一代的優質照明光源，目前已經廣泛的運用在我們的生活中。如交通指示燈、電子產品的背光源、城市夜景美化光源、室內照明等各個領域 ，都有應用。

大功率電源轉換

交流電和直流電的相互轉換對于電器的使用十分重要 ，是對電器的必要保護。這就要用到等電源轉換裝置。

碳化硅擊穿電壓強度高 ，禁帶寬度寬，熱導性高，因此SiC半導體器件十分適合應用在功率密度和開關頻率高的場合，電源裝換裝置就是其中之一。

碳化硅元件在高溫、高壓、高頻的又一表現使得現在被廣泛使用到深井鉆探，發電裝置中的逆變器，電氣混動汽車的能量轉化器，輕軌列車牽引動力轉換等領域。

由于SiC本身的優勢以及現階段行業對于輕量化、高轉換效率的半導體材料需要，SiC將會取代Si，成為應用最廣泛的半導體材料。

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