JATOM.GIF (4643 bytes) 請問半導體科技到底是在研究什麼?為什麼很多人都在研究呢?(台北市/大誠高中/三年級/小玲)

維尼哥哥

先說明半導體是什麼:以導電性來說,妳應該知道有所謂的導體和絕緣體;而介於兩者之間,導電性比金屬導體小很多,卻比絕緣體來得好的物質,就叫做『半導體』或『半金屬』

一般而言,矽(Si)是最常用的半導體材料,在矽中摻入微量的砷(As)、磷(P)或硼(B),就能改變矽的導電特性,形成n型(負性)或p型(正性)半導體。n型?p型?是什麼意思呢?下面簡單說明:

矽原子的最外層有四個電子,純矽原子間以共價(共用電子)的方式,形成一相當穩定的狀態(圖一)。由於缺少自由電子,因此,純矽的導電性極差。

但是,如果我們在純矽中摻入(doping)少許的砷或磷(最外層有五個電子),就會多出一個自由電子(圖二),這樣就形成n型半導體;如果我們在純矽中摻入少許的硼(最外層有三個電子),就反而少了一個電子,而形成一個電洞(圖三),這樣就形成p型半導體(少了一個帶負電荷的電子,可視為多了一個正電荷)。此時若在矽晶兩端加電壓,就能使電子產生自由移動而顯著地增加其導電性。

除了n型和p型半導體,如果把兩者連接起來,在它們的接合面會有特殊情形產生,我們把這個面稱為p-n型接面(p-n   junction)。一般熟知的電晶體、二極體等電子元件,就是利用p-n型接面而形成的。
 

圖一:純矽晶

圖二:n型半導體 圖三:p型半導體

圖一:純矽晶

圖二:n型半導體 圖三:p型半導體

半導體的重要性,在於我們可以利用改變半導體的電容,製成各種半導體元件,而使得電子工業、光學工業和能量系統都產生重大改進(如雷射、太陽能電池),近年來更廣泛運用在電腦的晶片中。