半導體

半導體係指一種導電性可受控制，範圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的電子產品，如電腦、行動電話或是數位錄放音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關連。常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等，而矽更是各種半導體材料中，在商業應用上最具有影響力的一種。

材料的導電性是由“傳導帶”（conduction band）中含有的電子數量決定。當電子從“價帶”（valence band）獲得能量而跳躍至“導電帶”時，電子就可以在帶間任意移動而導電。一般常見的金屬材料其導電帶與價電帶之間的“能隙”非常小，在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍至導電帶而導電，而絕緣材料則因為能隙很大（通常大於9電子伏特），電子很難跳躍至導電帶，所以無法導電。

一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特，介於導体和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發，或是改變其能隙之間距，此材料就能導電。

半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似，即在电场作用下高度离子化（ionization）的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的“空穴”，在电场作用下，空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流（一般称为正电流）。

材料中载子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（三、五族元素）来控制。如果我們在純矽中摻雜（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，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（hole），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）。