电气工程与电子技术学报

电子、传感器、探测器和能源功能材料

大卫·克拉夫特

半导体在一系列领域的设备控制中发挥着重要作用，例如在舒适的室温下运行空调、提高车辆安全性、现代医院治疗中的激光治疗等等。此外，半导体技术的进步推动了设备效率、小型化和节能，从而有助于保护全球环境，实现安全舒适的生活，创造繁荣的未来。这里描述的半导体材料是一些晶体，原子以三维周期性方式排列。本征硅晶体的简化尺寸图，其中含有可忽略不计的杂质。晶体中的每个硅原子都被其最近的邻居包围。每个原子在其外层轨道上都有四个电子，并将这些电子与其四个邻居交换。每个共享电子对都构成共价键。电子和两个原子核之间的吸引力将两个原子结合在一起。对于气体中的孤立原子而不是晶体，电子只能具有离散的强度水平。然而，当大量原子聚集在一起形成晶体时，原子之间的相互作用会导致离散的能级展开成能带。当低温下没有热振动时，绝缘体或半导体晶体中的电子将完全填充一些能带，而其余能带则为空。