从锗到硅——半导体的有哪些结构和特性丨半导体行业

重要的半导体材料硅、锗等元素的原子最外层都具有四个价电子。大量的硅、锗原子组合成晶体靠的是共价键结合。这种结构的特点是：每个原子周围有四个最近邻的原子组成一个正四面体结构。这四个原子分别处在正四面体的顶角上，任意顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为该两个原子所共有，共有的电子在两个原子之间形成较大的电子云密度，通过它们对原子的引力把两个原子结合在一起，这就是共价键。这样，每个原子和周围四个原子组成四个共价键。

在20世纪50年代初期，锗曾经是最主要的半导体材料，但自60年代初期以来，硅已取而代之成为半导体制造的主要材料。现今人们使用硅的主要原因，是因为硅器件工艺的突破，硅平面工艺中，二氧化硅的运用在其中起着决定性的作用，经济上的考虑也是原因之一，可用于制造器件等级的硅材料，远比其他半导体材料价格低廉，在二氧化硅及硅酸盐中硅的含量占地球的25%，仅次于氧。到目前为止，硅可以说是元素周期表中被研究最多且技术最成熟的半导体元素。

半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。

（1）半导体的电导率随温度升高而迅速增加。半导体对温度敏感，体积又小，热惯性也小，寿命又长，因此在无线电技术、远距离控制与测量、自动化等许多方面都有广泛的应用价值。

（2）杂质对半导体材料导电能力的影响非常大。例如，纯净硅在室温下的电阻率为2.14 109欧姆·厘米，若掺入百分之一的杂质（如磷原子），其电阻率就会降至2000欧姆·厘米。虽然此时硅的纯度仍旧很高，但电阻率却降至原来的一百万分之一左右，绝大多数半导体器件都利用了半导体的这一特性。

（3）光照对半导体材料的导电能力也有很大的影响。例如，硫化镉薄膜的暗电阻为几十兆欧，然而受光照后，电阻降为几十千欧，阻值在受光照以后改变了几百倍。半导体的这种性质，使其成为自动化控制中的重要元件。

（4）除温度、杂质、光照外，电场、磁场及其他外界因素（如外应力）的作用也会影响半导体材料的导电能力。

不带电。n型半导体是指在本征半导体中加入五价元素，每一个五价元素原子与四个四价半导体元素原子形成四对共用电子对（每一对电子对由半导体元素原子与该五价元素原子各提供一个电子），这样五价元素原子因四对八个共用电子而达到最外层电子稳定，于是多出来的一个电子（因为形成共用电子对时五价元素原子只贡献了4个电子）就成为自由电子，这就是n型半导体的多数载流子。但是尽管如此，n型半导体还是不带电。因为加入五价元素后所有原子的质子数与所有原子的电子数仍然相等，在加入五价元素后，在载流子的形成过程中不存在系统对外电子的失去或得到。因此整个系统还是静电平衡，因此，不带电。半导体一般分为本征半导体和杂质半导体。杂质半导体根据掺入元素价态的不同又分为n型半导体（掺入五价元素）与p型半导体（掺入三价元素）。本征半导体导电性能很差，其中电子和空穴都参与导电，而电子和空穴都是热激发形成的。因此本征半导体的导电性具有温度敏感性。杂质半导体导电性能要好于本征半导体。同时杂质半导体主要是多子（多数载流子）导电。这是因为五价或三价元素掺入的过程使多子数量远多于少子数量。其中n型半导体多子为自由电子，p型半导体多子为空穴。因为杂质半导体多子数量主要和掺入杂质数量有关，因此其多子几乎不受温度影响。但其导电性对温度也比较敏感，这是因为质半导体中的少子还是受热激发产生的，因此也受温度影响。

半导体中四价元素和五价元素的区别是什么以一个硅的本质半导体来说明掺杂的影响.硅有四个价电子,常用于硅的掺杂物有三价与五价的元素.当只有三个价电子的三价元素如硼（boron）掺杂至硅半导体中时,硼扮演的即是受体的角色,掺杂了硼的硅半导体就是p型半导体.

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