半導體

半導體 (Semiconductor) 能帶與能隙
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

能帶結構與能隙

首先從單一原子開始，原子有分立的能階，當二個原子靠近時，每個能階分裂成一個上部和一個下部的階層，使得電子離開原來能階的位置。有更多的原子靠近形成固體時，階層的數量就會增加，因而形成能帶。

半導體包含許多能帶。最高的已佔滿電子的能階和最低空著電子的能階之間，形成一個大的能量差異，然後在能帶形成以後，已佔用的能帶和空著的能帶之間很可能會形成一個能隙。

半導體 〈Semiconductor〉(三)
高雄市立高雄女子高級中學一年級馬立宜、張晉瑜、周炯彤、陳君庭/高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師修改/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

摻雜
能更有效的利用半導體特性，在設計電子元件上，加入雜質是很好的方式。這種在半導體中加入雜質的程序稱為摻雜(doping)。雜質或摻雜物的數量，加到一 個純質型半導體(intrinsic(pure) semiconductor)可以改變其導電性。摻雜過的半導體則時常被稱為外質型半導體(extrinsic semiconductor)。

半導體 〈Semiconductor〉(二)
高雄市立高雄女子高級中學一年級馬立宜、張晉瑜、周炯彤、陳君庭/高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師修改/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

費米能階

在某一溫度下，那一個能階電子佔據的機率，遵守電子遵守的費米-狄拉克統計 。費米-狄拉克統計分佈與溫度有關，我們也定義出費米能量或者費米能階，來描述電子在不同能量下分佈的情形。在絕對零度下，電子從最低能量開始一直到所能 具有的最大能量，這個最大能量稱為費米能量或者費米能階，也就是說在絕對零度時，費米能階以下的能量均有電子佔據，費米能階以下每個能態電子存在的機率為 1，反過來說費米能階以上的能量，電子佔據的機率為0。在高溫時，費米能階被電子佔據的機率下落到了0.5。

半導體 〈Semiconductor〉
高雄市立高雄女子高級中學一年級馬立宜、張晉瑜、周炯彤、陳君庭/高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師修改/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

半導體

半導體是一種導電性介於導體與絕緣體之間的固體材料，由於電性質的多樣性，使得它在工程科技上的應用上，顯得非常重要。目前的電子元件，從電腦、手機到數位 影音播放器，都是以半導體作為其主要成份的設計。矽是半導體在商業用途上主要元素，到目前為止已有無數半導體材料廣泛被使用。

概觀
半導體與絕緣體很相似，兩者主要的區別在於能隙的大小(電子脫離原子束縛成為自由電子所需之最小能量)，絕緣體比半導體有較大的能隙。半導體因為有能隙，其 電子必須獲得足夠的能量，才能成為自由電子，在室溫，正如絕緣體一樣，其有較少的電子能獲得足夠的能量，從價帶跳到傳導帶成為自由電子，而能貢獻電流，因 此半導體與絕緣體，在未加電場的情形下，兩者電阻值是差不多的，也因為半導體比絕緣體有較小的能隙，所以除了溫度以外，另有其它的方法去控制它的電性。純 質型的半導體，可藉助我們稱為掺雜(doping)的過程，加入雜質而改變電性，我們可以大略的估計，在材料中貢獻電流的載子數目，從加入的雜質原子所提 供的自由電子與電洞(後面我們會觀念性的討論)的數目來決定，所以借助較大比例的掺雜，增加載子數目可提升到接近導體的電性，掺雜原子的種類不同，而使得 材料中電子與電洞的數目不同，而分為N型與P型半導體，將N型與P型接合的異質介面，會形成一內建電場，而導致自由電子與電洞能在這區域，受場的作用而移 動，這也是半導體元件在設計上很重要的依據。