来源:老罗话指数投资
1. 能带
导体,咱能理解,绝缘体,咱也能理解,不好理解的,怕是半导体了
原子组成物质时,会有很多电子混到一起,但2个相同电子没法待在一个轨道上,于是,很多轨道就分裂成了好几个轨道,这么多轨道挤在一起,不小心挨得近了,就变成了宽宽的大轨道。在量子力学里,这种细轨道叫能级,挤在一起变成的宽轨道就叫能带有些宽轨道挤满了电子,电子不能移动,宏观上表现为不能导电有些宽轨道空间很空旷,电子自由移动,宏观上表现为导电有些满轨道和空轨道挨的太近,电子可以毫不费力从满轨道跑到空轨道上,于是就能自由移动,这就是导体如果两条宽轨道之间有空隙,电子单靠自己跨不过去,表现为不导电如果空隙的宽度在5ev之内,给电子加个额外能量,也能跨到空轨道上,跨过去就能自由移动,表现为导电。这种空隙宽度不超过5ev的固体,有时导电、有时不导电,所以叫半导体2. 半导体
半导体 Semiconductor 是指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料通常金属的电导率大于一万(10 4 )Ω -1 cm -1 ,如铝、铜、银、铂等,而绝缘体的电导率则小于百亿分之一(10 -10 )Ω -1 cm -1 ,如橡胶、陶瓷、塑料等,电导率介于10 4-10 -10 Ω -1 cm -1 之间的一种固体材料,则被称为半导体3. 掺杂特性
半导体的电导率并不是一成不变的,它会随着掺入杂质元素、受热、受光照、受到外力等种种外界条件,而在绝缘体和金属之间电导率区间内发生变化,这些特性使得半导体衍生出了较为丰富的应用场景一种是掺入Ⅴ族元素(常用的有磷P、砷As),V族元素相比Ⅳ族的外层电子多出一个,多出的电子能够作为导电的来源,这种掺杂手段被称为N(Negative)型掺杂另一种是掺入Ⅲ族元素(常用的有硼B、氟化硼BF2),Ⅲ族元素相比Ⅳ族的外层电子少一个,这种缺少电子的空位被称为空穴,空穴同样能够导电,对应的掺杂手段被称为P(Positive)型掺杂PN 结
把PN这两种半导体面对面放一起会咋样?不用想也知道,N型那些额外的电子必然是跑到P型那些空位上去了,一直到电场平衡为止,这就是大名鼎鼎的“PN结”(动图来自《科学网》张云的博文)PN结具有单向导电性,电流只能从这一头流向另一头,无法从另一头流向这一头如果将PN结加正向电压,即P区接正极,N区接负极,多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结,形成较大的扩散电流,称为正向电流如果加个反向的电压,多数载流子扩散运动减弱,没有正向电流通过PN结,只有少数载流子的漂移运动形成了反向电流。由于少数载流子为数很少,故反向电流是很微弱的,电阻很大一个PN 结就可以形成半导体器件中最简单的二极管(Diode),它同时也是构筑三极管(BJT )、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)等其他众多半导体器件的基础结构下面举个例子加深理解
为什么张无忌给女的输内力就要脱衣服,男的不用?
针对张无忌传输内功:假设男性为P型掺杂,女性为N型掺杂,内功为电子运动形成的电流,则有:男–男传输内功时,载流子在同掺杂半导体内运动,其情形相当于在电阻中运动,不需要克服势垒当男–女传输内功时,电子在PN结中运动,需要克服势垒(衣服)才能流动,因此需要降低势垒
4. 光电特性
光生电:在PN结处没有可以自由移动的电子和空穴,但是晶格原子外层有许多被束缚的共价电子。光照能使共价电子获得能量,脱离晶格原子的束缚,变成可以自由移动的电子和空穴。而电子和空穴都是构成电流的成分,因此光照可以使PN结产生电流。PN结光生电的特性使它能够制备成雪崩二极管、 PIN二极管,这些器件 广泛应用于光探测器、太阳能电池等 领域5. 四大分类
半导体在应用上可以分为四类产品,分别是集成电路、光电子器件、分立器件和传感器,详细分析请持续关注本公众号(史晨星 shichenxing1)分立器件:单个的二极管、三极管、功率半导体器件(如LDMOS、IGBT等)都属于分立器件。它们相比集成电路的缺点就是体积大,但是在一些场合(如超大功率、半导体照明),分立器件比集成电路更具优势光电子器件(photoelectron devices)是利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。光电子器件应用范围广泛,包括光通讯、光显示、手机相机、夜视眼镜、微光摄像机、光电瞄具、红外探测、红外制导、医学探测和透视等多个领域中国三大政策
2014年6月24日,国家集成电路推进纲要发布,国家集成电路产业投资基金正式设立中国制造 2025 彰显国产化决心
《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目,因次序排在国家重大专项所列 16 个重大专项第二位,在行业内被称为“02 专项”10. 信息产业基石集成电路被称为现代工业的“粮食”,在信息时代,电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业控制等各种电子产品和系统都离不开集成电路。美国更是把集成电路产业称为未来 20 年从根本上改造制造业的四大技术领域之首11. GDP 正相关全球半导体行业的增速波动与全球GDP波动的相关性呈现高度一致(2010 至今,相关系数为 0.57)
最后看一个视频:芯片内部结构