雷火竞技半导体基础

　　“半导体”是一种特性介于“导体”和“绝缘体”之间的物质，前者像金属一样导电，后者几乎不导电。电流流动的容易程度与物质电阻的大小有关。如果电阻高，电流很难流动；如果电阻低，电流容易流动。

　　用电阻系数表示电导率时，半导体的电阻系数分布在10^-4至10^8Ωcm之间，导体的电阻系数分布在10^-8至10^-4Ωcm之间，绝缘体的电阻系数分布在10^8至10^18Ωcm之间。

　　硅（Si）和锗（Ge）是众所周知的半导体材料。当它们是纯晶体时，这些物质接近绝缘体（本征半导体），但是掺杂少量的掺杂剂就会导致电阻大幅度下降，变成导体。

　　由几种元素制成的半导体称为化合物半导体，它们与硅半导体等由单一元素制成的不同。具体组合有元素周期表第III组和第V组、第II组和第VI组、第IV组等。

　　n型半导体是指以磷（P）、砷（As）或锑（Sb）作为杂质进行掺杂的本征半导体。第IV组的硅有四个价电子，第V组的磷有五个价电子。如果在纯硅晶体中加入少量磷，磷的一个价电子就可以作为剩余电子自由移动（自由电子*）。当这个自由电子被吸引到“＋”电极上并移动时，就产生了电流流动。

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　　p型半导体是指掺杂了硼（B）或铟（In）的本征半导体。第IV组的硅有四个价电子，第III组的硼有三个价电子。如果将少量硼掺杂到硅单晶中，在某个位置上的价电子将不足以使硅和硼键合，从而产生了缺少电子的空穴*半导体。在这种状态下施加电压时，相邻的电子移动到空穴中，使得电子所在的地方变成一个新的空穴，这些空穴看起来就像按顺序移动到“–”电极一样。

　　除了硅，还有结合了第III组和第V组元素以及第II组和第VI组元素的化合物半导体。例如，GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、InGaAlP（磷化铝镓铟）等通常用于高频器件和光学器件。

　　p型和n型半导体键合时，作为载流子的空穴和自由电子相互吸引、束缚并在边界附近消失。由于在这个区域没有载流子，所以它被称为耗尽层，与绝缘体的状态相同雷火竞技。

　　在这种状态下，将“＋”极连接到p型区，将“-”极连接到n型区，并施加电压使得电子从n型区顺序流动到p型区。电子首先会与空穴结合而消失，但多余的电子会移动到“＋”极，这样就产生了电流流动。

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　　电子特性：价带中的电子大部分都 与特定的原子紧密地结合在一起，并参与形成化学键 。在绝对零度下，价带是完全填满的，而没有占据的能级位于导带。

　　贡献：价带电子在没有足够的外部能量的情况下 不会自由移动 ，因此它们不对电导率产生直接贡献。但当电子从价带获得足够的能量跳到导带时，它在价带中留下一个“空位”或“空穴”，这些空穴可以作为正电荷载流子移动。

　　定义：在固态中，价带上方并与其不重叠的最低的未被填充的电子能级构成的一组连续的能级称为导带。

　　电子特性：导带中的电子不与任何特定的原子紧密地结合，因此它们可以 自由地在材料中移动，对电导率产生贡献 。

　　介于价带的最高能级和导带的最低能级之间的能量范围称为能带间隙。它表示电子从价带跳到导带所需的最小能量半导体。

　　材料的性质（如半导体、绝缘体或导体）取决于这个能带间隙的大小。绝缘体有一个非常大的能带间隙，使得电子很难从价带跳到导带；半导体有一个中等大小的能带间隙，使得在某些条件下，如增加温度或光照，电子可以跳到导带；导体没有真正的能带间隙，因为价带和导带重叠雷火竞技。

　　在半导体的动量空间（也称为k空间或布里渊区）中，能带结构描述了电子的能量与其动量之间的关系。

　　1. 对于直接能带半导体(GaAs)，导带中的最低能量点（也称为导带极小点）和价带中的最高能量点（也称为价带极大点）在k空间中处于相同的位置。这意味着电子可以在不需要改变其动量的情况下，直接从价带跃迁到导带。这种跃迁可同时伴随着一个光子的吸收或发射，使得这些材料特别适合于光电应用，如LEDs或激光二极管。

　　2. 对于间接能带半导体(Si)，导带的极小点和价带的极大点在k空间中的位置是不同的。因此，电子从价带到导带的跃迁不仅需要能量，还需要一个声子来保持动量守恒。声子的参与使得这种跃迁的几率大大降低，因此间接能带半导体不太适合光电应用。

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