半導(dǎo)體（semiconductor）它是一種在室溫下導(dǎo)電率介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。它的電導(dǎo)率與其中的載流子數(shù)量有關(guān)，載流子主要包括電子和空穴。純半導(dǎo)體，由于其能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相似，可以激發(fā)有限數(shù)量的載流子，因此幾乎不導(dǎo)電。通常在半導(dǎo)體中摻雜雜質(zhì)，可以引入額外的電子或空穴，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體電導(dǎo)率的有效調(diào)控。

半導(dǎo)體的最早發(fā)現(xiàn)可以追溯到法拉第公司19世紀(jì)美國(guó)對(duì)硫化銀的研究。從那以后，人們發(fā)現(xiàn)了更多種類的半導(dǎo)體。常見(jiàn)如硒、鍺、元素半導(dǎo)體，如硅和氧化銅、硫化銅、砷化鎵等化合物半導(dǎo)體。此外，根據(jù)摻雜雜質(zhì)的類型可分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此外，它還可以根據(jù)晶體成分分為非晶半導(dǎo)體、固溶半導(dǎo)體等。由于半導(dǎo)體對(duì)外部環(huán)境（例如熱、光、電、磁等）的變化非常敏感，所以它具有非常豐富的特性，比如光伏、光電導(dǎo)和其他光電特性以及塞貝克效應(yīng)、熱電特性，如珀?duì)柼?yīng)和磁阻效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等等。基于半導(dǎo)體，可以制造集成電路所需的各種器件可以說(shuō)，半導(dǎo)體是現(xiàn)代集成電路的基礎(chǔ)。此外，半導(dǎo)體還可以用于光伏發(fā)電、激光、制冷、傳感測(cè)量、機(jī)械加工等諸多領(lǐng)域。

載流子：半導(dǎo)體主要依靠?jī)?nèi)部載流子導(dǎo)電，其載流子主要包括電子和空穴，電子和空穴是通過(guò)熱激發(fā)或光激發(fā)產(chǎn)生的。在半導(dǎo)體中摻雜某些雜質(zhì)會(huì)改變載流子的激發(fā)特性，因此載流子的數(shù)量取決于溫度、外部照明和摻雜雜質(zhì)等。

本征半導(dǎo)體：純半導(dǎo)體又稱本征半導(dǎo)體，由于載流子數(shù)量少，通常會(huì)摻雜其他元素以提高其導(dǎo)電性。根據(jù)雜質(zhì)的不同，可分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體是指其中的電子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于空穴數(shù)，而P型半導(dǎo)體是指其中的空穴數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于電子數(shù)。

PN結(jié)：通過(guò)擴(kuò)散和光刻，N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，形成具有單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)構(gòu)，稱為PN結(jié)。PN結(jié)可分為同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)。

能帶結(jié)構(gòu)：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性與其能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。能帶是指材料中的電子由于共同運(yùn)動(dòng)而分裂了原來(lái)的簡(jiǎn)并電子能級(jí)，形成許多能量間隔非常小的能級(jí)，可以認(rèn)為是連續(xù)的能帶。典型的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中包括價(jià)電子占據(jù)的價(jià)帶、未被電子占據(jù)或部分被電子占據(jù)的導(dǎo)帶、不允許電子進(jìn)入的禁帶。絕對(duì)零度時(shí)，價(jià)帶中的所有能級(jí)都被電子占據(jù)，也叫全帶；傳導(dǎo)中的所有能級(jí)都沒(méi)有被電子占據(jù)，這也被稱為空帶。

帶隙寬度通常表示為，它是決定半導(dǎo)體性能的一個(gè)非常重要的參數(shù)。因?yàn)槿ǘ魏涂詹ǘ慰梢?t導(dǎo)電，只有半能帶結(jié)構(gòu)才能導(dǎo)電。對(duì)于一般的半導(dǎo)體材料，由于其帶隙小，通過(guò)熱激發(fā)、在光或電場(chǎng)的作用下，價(jià)帶電子可以被激發(fā)成跨禁帶導(dǎo)電。絕緣體可以絕緣的原因從能帶的角度來(lái)看，它的帶隙太大了。

摻雜：半導(dǎo)體的摻雜特性是在半導(dǎo)體中引入少量的雜質(zhì)原子，從而改變其電學(xué)性質(zhì)。摻雜可以分為兩種：n型摻雜和p型摻雜。在n型摻雜中，雜質(zhì)原子通常是五價(jià)元素，如磷、砒霜等稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)的摻雜將向半導(dǎo)體中釋放額外的電子；在p型摻雜中，雜質(zhì)原子通常是三價(jià)元素，例如鋁、硼等，稱為受主雜質(zhì)。受主雜質(zhì)的摻雜將形成空穴，從而增加半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。摻雜的特性還包括雜質(zhì)原子的摻雜濃度和分布。摻雜濃度是指半導(dǎo)體中雜質(zhì)原子的數(shù)量，它決定了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。雜質(zhì)原子的分布決定了半導(dǎo)體中電子和空穴的濃度分布，也影響著半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)。

電導(dǎo)率：半導(dǎo)體在絕對(duì)零度時(shí)不導(dǎo)電在室溫下，半導(dǎo)體的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，其電導(dǎo)率強(qiáng)烈依賴于雜質(zhì)、溫度等因素。由于它的導(dǎo)電粒子是空穴和電子，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率通常可以用下面的公式計(jì)算：其中它們分別是電子和空穴的濃度以及電子和空穴的遷移率。

發(fā)光特性：半導(dǎo)體的發(fā)光特性是由電子決定的-空穴對(duì)的復(fù)合過(guò)程決定了復(fù)合包括輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合。只有輻射復(fù)合才能使半導(dǎo)體發(fā)光，而非輻射復(fù)合不會(huì)發(fā)光，而是將載流子復(fù)合的能量轉(zhuǎn)移到晶格中，使晶體升溫。主要的輻射復(fù)合過(guò)程包括：①—帶間躍遷是直接帶隙半導(dǎo)體發(fā)光的主要機(jī)制；②—電子-空穴對(duì)通過(guò)發(fā)光中心的復(fù)合是間接帶隙半導(dǎo)體發(fā)光的主要機(jī)制。

熱電特性：半導(dǎo)體具有熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的特性，也稱為熱電特性或熱電效應(yīng)。包括塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect效果效果)珀耳帖效應(yīng)(Pelletier   effect)湯姆遜效應(yīng)(Thomson effect)塞貝克效應(yīng)是指當(dāng)兩個(gè)溫度不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接在一起時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種電勢(shì)差稱為塞貝克電勢(shì)。半導(dǎo)體的塞貝克效應(yīng)可用于溫差發(fā)電。珀耳帖效應(yīng)當(dāng)連接兩個(gè)不同的導(dǎo)體并施加電流時(shí)，接頭處會(huì)有吸熱或放熱。吸收或釋放的熱量稱為珀?duì)柼麩??；阽甓?yīng)可以制造半導(dǎo)體電子制冷裝置。湯姆遜效應(yīng)是指當(dāng)電流通過(guò)具有溫度梯度的半導(dǎo)體時(shí)，除了與電阻相關(guān)的焦耳熱外，半導(dǎo)體中還會(huì)吸收或釋放額外的一部分熱量。

其他特性

導(dǎo)熱特性：半導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)是由電子的運(yùn)動(dòng)和晶格振動(dòng)引起的(聲子)一起起作用，所以它具有低熱導(dǎo)率(相比金屬)強(qiáng)烈的溫度依賴性、對(duì)摻雜雜質(zhì)非常敏感等。

霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)是將通電的半導(dǎo)體置于與電流方向垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生橫向電場(chǎng)的現(xiàn)象。半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)可以用來(lái)測(cè)量載流子的遷移率和濃度。

磁阻特性：由于磁場(chǎng)的存在，半導(dǎo)體的電阻增大，稱為磁阻效應(yīng)。通常，高遷移率材料的磁阻效應(yīng)很明顯。利用這一特性，可以制成半導(dǎo)體磁阻。

壓阻效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體承受一定的壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體的電阻率發(fā)生變化，這就是所謂的壓阻效應(yīng)。利用這種效應(yīng)，可以制備半導(dǎo)體應(yīng)變儀、壓敏二極管、壓敏晶體管等電子元件。

集成電路：半導(dǎo)體可以說(shuō)是現(xiàn)代集成電路的基礎(chǔ)，集成電路所需的各種器件都可以基于半導(dǎo)體制造、如二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管，用于電路的開(kāi)關(guān)、電流電壓增益、信號(hào)功率增益等。

半導(dǎo)體

光伏發(fā)電：光伏發(fā)電的核心在于半導(dǎo)體制成的太陽(yáng)能電池，而太陽(yáng)能電池本質(zhì)上是一個(gè)相對(duì)較大的pn結(jié)利用pn結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)分離太陽(yáng)光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換。

激光：半導(dǎo)體激光器（LD）它是一種以半導(dǎo)體為激發(fā)介質(zhì)的激光器。不僅效率高體積小重量輕；而且具有高穩(wěn)定性和直接調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，可以很好地與其他半導(dǎo)體器件集成。目前已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信光盤(pán)存儲(chǔ)精密測(cè)量和物料搬運(yùn)等領(lǐng)域；對(duì)許多行業(yè)（如醫(yī)藥、軍工等）對(duì)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響。

制冷：半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)利用半導(dǎo)體的珀耳帖效應(yīng)，在其兩端形成溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。珀?duì)柼?yīng)是由兩種不同導(dǎo)體中載流子能量的差異引起的。當(dāng)平均能量較高的電荷轉(zhuǎn)移到平均能量較低的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)釋放出額外的熱量；相反，它從系統(tǒng)外部吸收熱量。在半導(dǎo)體器件中，由于載流子由平均能量差較大的電子和空穴組成，因此珀耳帖效應(yīng)更加顯著。半導(dǎo)體制冷就是基于這個(gè)原理。

其他領(lǐng)域

傳感測(cè)量：基于半導(dǎo)體的特性，我們可以設(shè)計(jì)和測(cè)量各種物理量，包括溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、壓力、阻力等，并具有高靈敏度、占用體積小、低成本和許多其他優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)械加工：采用傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，由于電源脈寬較寬，機(jī)械加工如電火花加工和電解加工通常導(dǎo)致加工精度低和生產(chǎn)效率有限。用半導(dǎo)體器件構(gòu)成工作電源和自動(dòng)控制電路，不僅可以實(shí)現(xiàn)更精確的加工，而且具有非常靈活的調(diào)節(jié)范圍。

探傷：由可控硅組成的超聲波電源可用于各種機(jī)械探傷技術(shù)，如射線探傷、渦流探傷、超聲波探傷等。