半导体全面分析（一）：两大特性，三大政策，四大分类！

半导体全面分析系列分三篇，本篇是市场分析，后两篇分别是技术、产业分析，敬请关注本公众号（史晨星）。

一、两大特性

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

下面有点烧脑细胞

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