半导体器件电子

半导体器件，由既不是良好导体又不是良好绝缘体的材料（因此称为半导体）制成的电子电路组件。由于它们的紧凑性，可靠性和低成本，因此已经发现了广泛的应用。作为分立组件，它们已用于功率器件，光学传感器和发光器，包括固态激光器。它们具有广泛的电流和电压处理能力，额定电流为几纳安（10 ^-9到超过5,000安培，额定电压超过100,000伏。更重要的是，半导体器件有助于集成到复杂但易于制造的微电子电路中。它们是并且将在可预见的将来成为大多数电子系统（包括通信，消费者，数据处理和工业控制设备）的关键要素。

半导体和结原理

半导体材料

固态材料通常分为三类：绝缘体，半导体和导体。（在低温下，某些导体，半导体和绝缘体可能会成为超导体。）图1显示了与这三类中的某些重要材料相关的电导率σ（以及相应的电阻率ρ= 1 /σ）。诸如石英和玻璃等绝缘体的电导率非常低，大约为10 ^-18至10 ^-10西门子/厘米。导体（例如铝）具有高电导率，通常为10 ⁴到10 ⁶西门子/厘米。半导体的电导率介于这些极限之间。

半导体的电导率通​​常对温度，照度，磁场和少量杂质原子敏感。例如，添加少于0.01％的特定类型的杂质可以使半导体的电导率增加四个或更多数量级（即10,000倍）。图1给出了五个常见半导体中由于杂质原子引起的半导体电导率范围。

半导体材料的研究始于19世纪初期。多年来，已经研究了许多半导体。该表显示了元素周期表中与半导体有关的一部分。元素半导体是由单一种类的原子组成的那些，例如第四列中的硅（Si），锗（Ge）和灰锡（Sn）以及第六列中的硒（Se）和碲（Te）。但是，有许多由两个或多个元素组成的化合物半导体。砷化镓（GaAs）例如是二元III-V化合物，它是第三列的镓（Ga）和第五列的砷（As）的组合。

与半导体有关的元素周期表的一部分

期	柱
	II	三级	IV	V	六
2	硼 B	碳 ç	氮 ñ
3	镁 镁	铝 铝	硅 硅	磷 P	硫 S
4	锌 锌	镓 镓	锗 锗	砷 作为	硒 硒
5	镉 镉	铟 在	锡 锡	锑 锑	碲 碲
6	汞 汞	铅 铅

三元化合物可由来自三个不同塔的元素形成，例如，碲化汞铟（HgIn ₂ Te ₄），一种II-III-VI化合物。它们也可以由两列中的元素形成，例如砷化铝镓（Al _x Ga _1-x As），这是一种三元III-V化合物，其中Al和Ga都来自III列，并且下标x相关两种元素的组成从100％Al（x = 1）到100％Ga（x = 0）。纯硅是集成电路应用中最重要的材料，而III-V二元和三元化合物对发光最重要。

在1947年发明双极晶体管之前，半导体仅用作两端器件，例如整流器和光电二极管。在1950年代初期，锗是主要的半导体材料。但是，事实证明，这种材料不适用于许多应用，因为这种材料制成的设备仅在适度升高的温度下才会表现出高漏电流。自1960年代初以来，硅已成为一种实用的替代品，实际上已取代了锗作为半导体制造材料。造成这种情况的主要原因有两个：（1）硅器件的漏电流小得多；（2）易于生产的绝缘体即高质量的二氧化硅（SiO ₂）。迄今为止，硅技术是所有半导体技术中最先进的，基于硅的设备占全球销售的所有半导体硬件的95％以上。

许多化合物半导体具有硅中不存在的电和光学特性。这些半导体，尤其是砷化镓，主要用于高速和光电应用。