半导体是什么？

锗、硅、硒、砷化镓及许多金属氧化物和金属硫化物等物体，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，叫做半导体。

半导体具有一些特殊性质。如利用半导体的电阻率与温度的关系可制成自动控制用的热敏元件（热敏电阻）；利用它的光敏特性可制成自动控制用的光敏元件，像光电池、光电管和光敏电阻等。

半导体还有一个最重要的性质，如果在纯净的半导体物质中适当地掺入微量杂质测其导电能力将会成百万倍地增加。利用这一特性可制造各种不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管等。

把一块半导体的一边制成P型区，另一边制成N型区，则在交界处附近形成一个具有特殊性能的薄层，一般称此薄层为PN结。图中上部分为P型半导体和N型半导体界面两边载流子的扩散作用（用黑色箭头表示）。中间部分为PN结的形成过程，示意载流子的扩散作用大于漂移作用（用蓝色箭头表示，红色箭头表示内建电场的方向）。下边部分为PN结的形成。表示扩散作用和漂移作用的动态平衡。

半导体介于导体与非导体间之物质（如硅或锗），故其导电性居于金属与绝缘体之间，并随温度而增加。半导体材料，呈中度至高度之电阻性（视制造之际所掺杂之物质而定）。纯半导体材料( 称为内质半导体），导电性低；若于其中添加特定类型之杂质原子（成为外质半导体），则可大为增加其导电性。施体杂质（5价）可大量增加电子数目，而产生负型半导体；受体杂质（3价）则大量增加电洞数目，而产生正型半导体。此种外质半导体之导电性，端视其中杂质之类型及总量而定。不同导电性之半导体若经集合一起，可形成各种接面； 此即为半导体装置（供作电子组件使用）之基础。半导体一词，亦常意指此类装置本身（如晶体管、集成电路等）。

以导电性来说，应该知道有所谓的导体和绝缘体；而介于两者之间，导电性比金属导体小很多，却比绝缘体来得好的物质，就叫做『半导体』或『半金属』。

一般而言，硅（Si）是最常用的半导体材料，在硅中掺入微量的砷（As）、磷（P）或硼（B），就能改变硅的导电特性，形成n型（负性）或p型（正性）半导体。n型？p型？是什么意思呢？下面简单说明：

硅原子的最外层有四个电子，纯硅原子间以共价（共享电子）的方式，形成一相当稳定的状态。由于缺少自由电子，因此，纯硅的导电性极差。但是，如果我们在纯硅中掺入（doping）少许的砷或磷（最外层有五个电子），就会多出一个自由电子，这样就形成n型半导体；如果我们在纯硅中掺入少许的硼（最外层有三个电子），就反而少了一个电子，而形成一个电洞，这样就形成p型半导体（少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷）。此时若在硅晶两端加电压，就能使电子产生自由移动而显著地增加其导电性。

除了n型和p型半导体，如果把两者连接起来，在它们的接合面会有特殊情形产生，我们把这个面称为p-n型接面(p-n junction)。一般熟知的晶体管、二极管等电子组件，就是利用p-n型接面而形成的。

半导体的重要性，在于我们可以利用改变半导体的电容，制成各种半导体组件，而使得电子工业、光学工业和能量系统都产生重大改进（如雷射、太阳能电池），近年来更广泛运用在计算机的芯片中。

半导体<semicondcctor>,顾名思义,是导电力介于金属等导体和玻璃等飞导电体的物质.若以导电率来看,半导体大致位于1e3-10(ohm-cm)间<这只是概分>.是温下铝的电阻系数为2.5e-6 ohm-cm,而玻璃则几乎无限大.会有这种现象是因为物质内部电子分布在不同的能量范围<或称能带>内,其中可让电子自由移动的能带称为导电带,除非导带内有电子可自由活动,否则物质将无法经由电子来传导电流.其它能带<导电带>的电子必须要克服能量障碍<指能隙>跃升致电导电带后,方可成为导电电子.例如玻璃,即是因为这能隙太大,使得电子再是温下无法跃至导电带后自由活动,所以是非导体.

至于半导体,其能量障碍不是很大,低于非导体,所以在高温,照光等给予能量的状况或是地加入一些可减小能量障碍的元素,便可以改变其电阻值,成为电的良导体.电子工业是利用半导体这种可随环境,参质的加入等而改变其导电能力的特性,发展出多项的应用产品.

半导体的材料又可分为元素半导体及化合物半导体.元素半导体是由一元素所组成的半导体,如Si,Ge等化合物半导体则是两种以上的元素所组成的半导体,如GaAs,Zns等,常运用于光电或高速组件中.

1991年，诺贝尔奖获得者、法国物理学家德热纳（P. G. De Gennes）在诺贝尔奖授奖会上以“软物质”为演讲题目，用“软物质”一词概括复杂液体等一类物质，得到广泛认可。从此软物质这个词逐步取代美国人所说的“复杂流体”，开始推动一门跨越物理，化学，生物三大学科的交叉学科的发展。软物质如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系等，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。它们与人们生活休戚相关，如橡胶、墨水、洗涤液、饮料、乳液及药品和化妆品等等；在技术上也有广泛应用，如液晶、聚合物等；生物体基本上由软物质组成，如细胞、体液、蛋白、DNA等。在我们日常所说的“软”的概念里，主要的特征就是容易形变。在软物质这个名词里也有类似的含义。对于软物质德热纳给出一个重要的特征：弱力引起大变化。在他的科普作品《软物质与硬科学》一书中以橡胶为例，说明了软物质的性质。纯天然的橡胶乳液氧化形成了固化的橡胶，但这种橡胶非常不结实，很容易就会因为空气的继续氧化而破碎。而将天然橡胶硫化之后就变得非常的耐用，不容易破碎。与氧同族的硫元素仅仅比氧的化学活性略差一点，但达到的效果却迥然不同。这就是所谓的弱力引起大变化。德热纳在书中写到：“如果你数一数与硫磺反应的碳原子数目，你会发现其只占1/200，这是一个具有代表性的数据。然而，这种及其微弱的化学反应已经足可以引起物质的物理状态从液态变到固态：流体变成了橡胶。这证明物质状态能够通过微弱的外来作用而改变状态，就如雕塑家轻轻地压一压大拇指就能改变粘土的形状。这便是软物质的核心和基本定义。”我们前面大球、小球的例子也可以看出这一点，微小的阴影重叠就造成了粒子分布的迥然不同。

物理体系的状态可以由体系的内能以及熵与温度的乘积来共同描述。由于内能的变化与体系受力相关，那么在一定温度下，对于软物质，如果受到的力不大，那么其内能的改变也不会大，而在这样的弱力作用下，又要求体系发生比较大的变化，那么就一定得要求它的熵变化剧烈。也就是说，在软物质中体系的变化主要是由熵引起的，或者说熵占据了主导地位。这样软物质就可称作是由熵 *** 纵的物质。在熵力的作用下，软物质体系会出现很多新奇的行为，比如原本混乱的微观体系会变得井然有序，复杂的蛋白质分子会自行折叠成特殊的结构等等。利用这些性质，我们可以制造许多有特殊性质的软材料，它们是硬材料难以取代的。20世纪的物理学开拓了对物质世界的新认识，研究和深入认识了“硬物质”，如金属，半导体，陶瓷等等，对于技术和社会产生了巨大推动作用。21世纪被称为生命科学的世纪，然而，任何生命结构（DNA、蛋白质等等）却正是建立在软物质的基础上。作为人类未来技术中的重要组成部分以及生命本身不可或缺的基石，软物质的许多新奇行为、丰富的物理内涵和广泛的应用背景引起越来越多物理学家的兴趣。软物质物理已经成为物理学的一个新的前沿学科，是具有挑战性和迫切性的重要研究方向。

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